Muon Kosmik: Pelebaran Waktu Menjadi Terlihat

1 · Memprediksi

Muon yang diciptakan sinar kosmik di ketinggian atmosfer hanya berumur proper sekitar 2,2 mikrosekon — bahkan pada kecepatan hampir sebesar kecepatan cahaya, waktu itu jauh dari cukup untuk mencapai tanah tanpa bantuan. Meski begitu, banyak muon terdeteksi di permukaan laut. Bisakah dilatasi waktu menjelaskannya?

• Tidak — muon harus dibuat lebih dekat ke tanah dari yang diharapkan.
• Ini tidak ada hubungannya dengan relativitas.
• Ya — jam peluruhan muon bergerak cepat berjalan lambat dari kerangka Bumi, memperpanjang masa pengamatannya sehingga cukup untuk mencapai tanah.

2 · Pengaturan

1. Buka preset muon-time-dilation dan tekan Reset. Masa pakai muon yang tepat ditetapkan pada 2.2 µs, kecepatan β = 0.995 .
2. Aktifkan pembacaan faktor Lorentz dan umur terdilatasi.
3. Tetapkan kecepatan muon untuk setiap percobaan dan catat masa dilatasinya (bingkai Bumi).

3 · Kumpulkan Data

Plot dilatasi seumur hidup Δt (sumbu y) terhadap γ (sumbu x) untuk tiga percobaan Anda. Apakah garis tersebut lurus melalui titik asal?

4 · Analisis

1. Untuk satu percobaan, hitung γ = 1 /√(1 − β²), lalu Δt = γ·(2.2 µs). Bandingkan dengan tabel. Konfirmasikan β = 0.995 memberikan perpanjangan seumur hidup sekitar sepuluh kali lipat.
2. Tanpa dilatasi waktu, bahkan pada kecepatan yang hampir mendekati cahaya, umur proper sebesar 2,2 µs memungkinkan muon hanya bergerak sekitar 660 m — jauh dari ketinggian atmosfer ~15 km tempat sebagian besar muon tercipta. Jelaskan bagaimana masa dilatasi yang Anda hitung mengubah gambaran ini.

5 · Perluas

1. Dari kerangka acuan muon sendiri, masa hidupnya masih hanya 2,2 µs — namun muon 'melihat' atmosfer berkontraksi lama, sehingga tidak perlu melakukan perjalanan jauh. Jelaskan mengapa kedua penjelasan tersebut (pelebaran waktu kerangka bumi, atau kontraksi panjang kerangka muon) memprediksi hasil eksperimen yang sama persis: muon mencapai permukaan bumi.
2. Eksperimen Rossi-Hall tahun 1941 yang membandingkan jumlah muon di puncak gunung versus di permukaan laut adalah salah satu konfirmasi eksperimental langsung pertama mengenai pelebaran waktu relativitas khusus. Mengapa membandingkan jumlah pada dua ketinggian berbeda bisa menjadi cara cerdas untuk menguji prediksi ini?

Fisika di Balik Eksperimen Ini

← Kembali ke eksperimen

138 Lembar Kerja Laboratorium Fisika Gratis yang Bisa Dicetak