Muon Kosmik: Pelincinan Masa Dijadikan Tampak

1 · Ramal

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?

• 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.

2 · Susun

1. Buka praset pelincinan-masa-muon dan tekan Set semula. Jangka hayat wajar muon ditetapkan pada 2.2 µs, laju β = 0.995.
2. Aktifkan bacaan faktor Lorentz dan jangka-hayat-terlincin.
3. Tetapkan laju muon bagi setiap percubaan dan rekod jangka hayatnya yang terlincin (kerangka-Bumi).

3 · Kumpul Data

Plot jangka hayat terlincin Δt (paksi-y) melawan γ (paksi-x) bagi tiga percubaan anda. Adakah garisnya lurus melalui asal?

4 · Analisis

1. 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.
2. 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.

5 · Lanjutkan

1. 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.
2. 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?

Fizik di Sebalik Eksperimen Ini

← Kembali ke eksperimen

138 Lembaran Kerja Makmal Fizik Boleh Cetak Percuma