Kozmické mióny: dilatácia času učinená viditeľnou

1 · Predikuj

Mióny vytvorené kozmickým žiarením vysoko v atmosfére majú vlastnú životnosť len asi 2.2 mikrosekúnd — nie takmer dosť času, pri takmer svetelnej rýchlosti, na dosiahnutie zeme bez pomoci. A predsa mióny sú detekované na hladine mora vo veľkých počtoch. Vysvetľuje to dilatácia času?

• Nie — mióny musia vznikať bližšie k zemi, než sa čakalo.
• To nemá nič s relativitou.
• Áno — rozpadové hodiny rýchlo sa hýbajúceho miónu bežia pomaly zo zemskej sústavy, predlžujúc jeho pozorovanú životnosť dosť na dosiahnutie zeme.

2 · Priprav

1. Otvor predvolbu dilatácia času miónov a stlač Resetovať. Vlastná životnosť miónu je pevne 2.2 µs, rýchlosť β = 0.995.
2. Zapni odčítania Lorentzovho činiteľa a dilatovanej životnosti.
3. Nastav rýchlosť miónu pre každý pokus a zaznamenaj jeho dilatovanú (zemskosústavovú) životnosť.

3 · Zbieraj údaje

Zaznamenaj dilatovanú životnosť Δt (os y) verzus γ (os x) pre svoje tri pokusy. Je priamka rovná cez začiatok?

4 · Analyzuj

1. Pre jeden pokus vypočítaj γ = 1/√(1 − β²), potom Δt = γ·(2.2 µs). Porovnaj s tabuľkou. Potvrď, že β = 0.995 dáva zhruba desaťnásobné predĺženie životnosti.
2. Bez dilatácie času, aj pri takmer svetelnej rýchlosti, vlastná životnosť 2.2 µs dovolí miónu precestovať len asi 660 m — ďaleko krátke voči výške ~15 km atmosféry, kde väčšina vzniká. Vysvetli, ako dilatovaná životnosť, ktorú si vypočítal, mení tento obraz.

5 · Rozšír

1. Z vlastnej vzťažnej sústavy miónu je jeho životnosť stále len 2.2 µs — ale mión „vidí“ atmosféru skontrahovanú na dĺžku, takže nepotrebuje cestovať tak ďaleko. Vysvetli, prečo obe vysvetlenia (dilatácia času v zemskej sústave alebo kontrakcia dĺžky v sústave miónu) predikujú presne ten istý experimentálny výsledok: mión dosiahne zem.
2. Experiment Rossi-Hall z 1941 porovnávajúci počty miónov na vrchole hory verzus na hladine mora bol jedným z prvých priamych experimentálnych potvrdení dilatácie času špeciálnej relativity. Prečo môže byť porovnávanie počtov na dvoch rôznych výškach dômyselný spôsob, ako otestovať túto predikciu?

Fyzika za týmto experimentom

← Späť na experiment

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky