Mionii cosmici: dilatarea timpului făcută vizibilă

1 · Prezice

Mionii creați de razele cosmice sus în atmosferă au o durată de viață proprie de doar aproximativ 2.2 microsecunde — nu suficient timp, la aproape viteza luminii, să ajungă la sol neajutați. Totuși, mionii sunt detectați la nivelul mării în numere mari. Explică asta dilatarea timpului?

• Nu — mionii trebuie să fie creați mai aproape de sol decât se aștepta.
• Asta nu are nicio legătură cu relativitatea.
• Da — ceasul de dezintegrare al unui mion rapid merge încet din sistemul Pământului, extinzându-i durata de viață observată suficient pentru a ajunge la sol.

2 · Montaj

1. Deschide presetarea muon-time-dilation și apasă Resetează. Durata de viață proprie a mionului este fixă la 2.2 µs, viteza β = 0.995.
2. Activează citirile factorului Lorentz și duratei de viață dilatate.
3. Setează viteza mionului pentru fiecare încercare și înregistrează-i durata de viață dilatată (sistemul Pământului).

3 · Colectează date

Plotează durata de viață dilatată Δt (axa y) în funcție de γ (axa x) pentru cele trei încercări. Linia este dreaptă prin origine?

4 · Analizează

1. Pentru o încercare, calculează γ = 1/√(1 − β²), apoi Δt = γ·(2.2 µs). Compară cu tabelul. Confirmă faptul că β = 0.995 dă aproximativ o extindere de zece ori a duratei de viață.
2. Fără dilatarea timpului, chiar la aproape viteza luminii, o durată proprie de 2.2 µs lasă un mion să călătorească doar aproximativ 660 m — mult sub înălțimea atmosferică de ~15 km unde sunt creați cei mai mulți. Explică cum schimbă imaginea durata de viață dilatată pe care ai calculat-o.

5 · Extinde

1. Din sistemul de referință propriu al mionului, durata lui de viață este în continuare de doar 2.2 µs — dar mionul „vede” atmosfera contractată în lungime, deci nu trebuie să călătorească atât de departe. Explică de ce ambele explicații (dilatarea timpului în sistemul Pământului, sau contracția lungimii în sistemul mionului) prezic exact același rezultat experimental: mionul ajunge la sol.
2. Experimentul Rossi-Hall din 1941, care compara numărătorile de mioni pe un vârf de munte versus la nivelul mării, a fost una dintre primele confirmări experimentale directe ale dilatării timpului relativității restrânse. De ce ar putea compararea numărărilor la două altitudini diferite să fie un mod ingenios de a testa această predicție?

Fizica din spatele acestui experiment

← Înapoi la experiment

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit