Fizik Moden
Kemandirian atmosfera muon
β seperti muon ≈ 0.995 -- jangka hayat makmal meregang cukup untuk sampai ke tanah.
Kemandirian atmosfera muon — simulasi Fizik Moden interaktif. β seperti muon ≈ 0.995 -- jangka hayat makmal meregang cukup untuk sampai ke tanah. Makmal fizik maya berasaskan pelayar percuma dengan pengukuran SI langsung dan tutorial berpandu.
Kemandirian muon
β seperti muon ≈ 0.995 -- jangka hayat makmal meregang cukup untuk sampai ke tanah.
Muon sinar kosmik hidup ~2.2 μs pada rehat -- terlalu pendek untuk sampai ke aras laut secara klasik. Pada β ≈ 0.995 jam makmal melihat jangka hayat terlincin γτ, sementara kerangka muon melihat atmosfer termampat. Kedua-dua pemerian bersetuju pada kadar pengesanan -- pengesahan klasik kerelatifan.
- Jangka hayat makmal = γτ₀
- β ≈ 0.995
Ringkasan penyiasatan
Rancang soalannya sebelum anda membuka makmal
Ringkasan ini menggambarkan halaman pra-render: soalan pemacu, ramalan bersaing, peranan pemboleh ubah, hukum pengawal, susunan, analisis dan gesaan lanjutan kekal kelihatan dan mengikut turutan ini.
Soalan pemacu
Muon yang dicipta oleh sinar kosmik tinggi di atmosfera mempunyai jangka hayat wajar hanya kira-kira 2.2 mikrodetik -- tidak cukup masa, pada hampir laju cahaya, untuk sampai ke tanah tanpa bantuan. Namun muon dikesan di aras laut dalam jumlah besar. Adakah pelincinan masa menerangkan ini?
Ramalan untuk ditimbang
- Tidak -- muon mesti dicipta lebih hampir kepada tanah daripada yang dijangka.
- Ini tiada kena mengena dengan kerelatifan.
- Ya -- jam pereputan muon bergerak pantas berjalan lambat daripada kerangka Bumi, memanjangkan jangka hayat yang diperhatikannya cukup untuk sampai ke tanah.
Peranan pemboleh ubah
Apa yang anda tetapkan:
- Pecahan laju β = v/c
Apa yang anda ukur:
- Faktor Lorentz γ
- Jangka hayat terlincin Δt (µs)
Bagaimana penyiasatan berjalan
- Buka praset pelincinan-masa-muon dan tekan Set semula. Jangka hayat wajar muon ditetapkan pada 2.2 µs, laju β = 0.995.
- Aktifkan bacaan faktor Lorentz dan jangka-hayat-terlincin.
- Tetapkan laju muon bagi setiap percubaan dan rekod jangka hayatnya yang terlincin (kerangka-Bumi).
Persamaan pengawal
Pelincinan Masa Muon — Δt = γ Δt₀
Muon yang bergerak pada β = 0.995 (γ ≈ 10) mempunyai jangka hayat wajarnya 2.2 µs diregangkan kepada kira-kira 22 µs seperti diperhatikan dari Bumi -- cukup panjang, digabungkan dengan lajunya hampir-cahaya, untuk melintasi atmosfera dan sampai ke pengesan di aras laut.
Apa yang lembaran kerja boleh cetak minta pelajar selesaikan
- Bagi satu percubaan, kira γ = 1/√(1 − β²), kemudian Δt = γ·(2.2 µs). Bandingkan dengan jadual. Sahkan β = 0.995 memberi lebih kurang pemanjangan jangka hayat sepuluh ganda.
- Tanpa pelincinan masa, walaupun pada hampir laju cahaya, jangka hayat wajar 2.2 µs membolehkan muon mengembara hanya kira-kira 660 m -- jauh kurang daripada ketinggian atmosfera ~15 km tempat kebanyakan dicipta. Terangkan bagaimana jangka hayat terlincin yang anda kira mengubah gambaran ini.
Di mana ini muncul di luar makmal
- Daripada kerangka rujukan muon sendiri, jangka hayatnya masih 2.2 µs sahaja -- tetapi muon 'melihat' atmosfera termampatkan panjangnya, jadi ia tidak perlu mengembara sejauh itu. Terangkan mengapa kedua-dua penerangan (pelincinan masa kerangka-Bumi, atau pengecutan panjang kerangka-muon) meramalkan hasil eksperimen yang tepat sama: muon sampai ke tanah.
- Eksperimen Rossi-Hall 1941 yang membandingkan kiraan muon di puncak gunung lwn. aras laut ialah antara pengesahan eksperimen langsung pertama pelincinan masa kerelatifan khas. Mengapa perbandingan kiraan pada dua altitud berbeza mungkin cara bijak untuk menguji ramalan ini?
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — A.5 Galilean and special relativity
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- Selamat datang ke Pelincinan Masa Muon
- Pilih susunan kerelatifan itu
- Tekan Main
- Kemandirian muon di makmal
- Buka panel Sifat
- Anda berjaya!
Buka simulasi interaktif untuk membina adegan, tekan Main, dan teroka dengan ukuran langsung serta tutorial berpandu.
Kerelatifan Khas: Pelincinan Masa