Kozmički mioni: dilatacija vremena učinjena vidljivom

1 · Predviđanje

Mioni stvoreni kozmičkim zrakama visoko u atmosferi imaju vlastiti životni vijek od samo oko 2.2 mikrosekunde — nikako dovoljno vremena, pri skoroj brzini svjetlosti, da sami dosegnu tlo. A ipak se mioni detektiraju na razini mora u velikom broju. Objasni li to dilatacija vremena?

• Ne — mioni se moraju stvarati bliže tlu nego što se očekivalo.
• Ovo nema veze s relativnošću.
• Da — sat raspada brzo gibajućeg miona ide sporo iz Zemljinog sustava, produžujući njegov opaženi životni vijek dovoljno da dosegne tlo.

2 · Postava

1. Otvori postav muon-time-dilation i pritisni Resetiraj. Vlastiti životni vijek miona fiksiran je na 2.2 µs, brzina β = 0.995.
2. Omogući očitanja Lorentzovog faktora i dilatiranog životnog vijeka.
3. Postavi brzinu miona za svaki pokušaj i zabilježi njegov dilatirani (Zemljin-sustav) životni vijek.

3 · Prikupljanje podataka

Nacrtaj dilatirani životni vijek Δt (y-os) naspram γ (x-os) za svoja tri pokušaja. Je li crta pravac kroz ishodište?

4 · Analiza

1. Za jedan pokušaj izračunaj γ = 1/√(1 − β²), zatim Δt = γ·(2.2 µs). Usporedi s tablicom. Potvrdi da β = 0.995 daje otprilike deseterostruko produženje životnog vijeka.
2. Bez dilatacije vremena, čak i pri skoroj brzini svjetlosti vlastiti životni vijek od 2.2 µs pušta mion da putuje samo oko 660 m — daleko od ~15 km atmosferske visine gdje se većina stvara. Objasni kako dilatirani životni vijek koji si izračunao mijenja tu sliku.

5 · Proširenje

1. Iz vlastitog referentnog sustava miona, njegov životni vijek i dalje je samo 2.2 µs — ali mion „vidi“ atmosferu kontrahiranu, pa ne mora putovati tako daleko. Objasni zašto oba objašnjenja (Zemljina dilatacija vremena ili mionova kontrakcija duljine) predviđaju točno isti eksperimentalni ishod: mion doseže tlo.
2. Pokus Rossi-Hall iz 1941. usporedbe brojeva miona na vrhu planine naspram razine mora bio je jedna od prvih izravnih eksperimentalnih potvrda dilatacije vremena posebne relativnosti. Zašto bi usporedba brojeva na dvije različite visine bio domišljat način testiranja tog predviđanja?

Fizika iza ovog pokusa

← Natrag na pokus

138 besplatnih radnih listova iz fizike za ispis