కాస్మిక మ్యూయాన్‌లు: కాల వ్యాకోచం కళ్లకు కనిపించడం

1 · ఊహించండి

వాతావరణంలో ఎత్తులో కాస్మిక్ కిరణాల వల్ల సృష్టించబడిన మ్యూయాన్‌ల సరైన జీవితకాలం సుమారు 2.2 మైక్రోసెకన్లు మాత్రమే — దాదాపు కాంతి వేగంతో కూడా, సాయం లేకుండా నేలను చేరుకోవడానికి అది సరిపోదు. అయినా మ్యూయాన్‌లు సముద్ర మట్టం వద్ద పెద్ద సంఖ్యలో గుర్తించబడతాయి. దీనికి కాల వ్యాకోచమే వివరణా?

• లేదు — మ్యూయాన్‌లు ఊహించిన దాని కంటే నేలకు దగ్గరగా సృష్టించబడాలి.
• దీనికి సాపేక్షతతో ఎలాంటి సంబంధం లేదు.
• అవును — వేగంగా కదిలే మ్యూయాన్ క్షయ గడియారం భూమి ఫ్రేమ్‌లో నెమ్మదిస్తుంది, నేలను చేరడానికి సరిపోయేంత దాని గమనించిన ఆయువు పొడిగించబడుతుంది.

2 · అమరిక

1. muon-time-dilation ప్రీసెట్‌ను తెరిచి రీసెట్ నొక్కండి. మ్యూయాన్ సరైన జీవితకాలం 2.2 µs, వేగం β = 0.995 వద్ద స్థిరంగా ఉన్నాయి.
2. లోరెంజ్ కారకం, వ్యాకోచ-ఆయువు రీడింగ్‌లను చేతనం చేయండి.
3. ప్రతి ప్రయత్నానికి మ్యూయాన్ వేగాన్ని సెట్ చేసి, దాని వ్యాకోచ (భూమి-ఫ్రేమ్) ఆయువును నమోదు చేయండి.

3 · డేటా సేకరించండి

మీ మూడు ప్రయత్నాల కోసం γ (x-అక్షం) పై వ్యాకోచ ఆయువు Δt (y-అక్షం) ప్లాట్ చేయండి. రేఖ మూలబిందువు గుండా సరళంగా ఉందా?

4 · విశ్లేషించండి

1. ఒక ప్రయత్నానికి, γ = 1/√(1 − β²) లెక్కించి, ఆపై Δt = γ·(2.2 µs). పట్టికతో పోల్చండి. β = 0.995 సుమారు పది రెట్లు ఆయువు పొడిగింపు ఇస్తుందని నిర్ధారించండి.
2. కాల వ్యాకోచం లేకుంటే, దాదాపు కాంతి వేగంతో కూడా 2.2 µs సరైన జీవితకాలం గల మ్యూయాన్ సుమారు 660 m మాత్రమే ప్రయాణించగలదు — చాలా మ్యూయాన్‌లు సృష్టించబడే ~15 km వాతావరణ ఎత్తుకు చాలా దూరం. మీరు లెక్కించిన వ్యాకోచ ఆయువు ఈ చిత్రాన్ని ఎలా మారుస్తుందో వివరించండి.

5 · విస్తరించండి

1. మ్యూయాన్ స్వంత సూచన ఫ్రేమ్‌లో, దాని జీవితకాలం ఇంకా కేవలం 2.2 µs మాత్రమే — కానీ మ్యూయాన్‌కు వాతావరణం దైర్ఘ్య సంకోచం చెందినట్లు 'కనిపిస్తుంది', కాబట్టి అది అంత దూరం ప్రయాణించాల్సిన అవసరం లేదు. రెండు వివరణలు (భూమి-ఫ్రేమ్ కాల వ్యాకోచం, లేదా మ్యూయాన్-ఫ్రేమ్ దైర్ఘ్య సంకోచం) ఖచ్చితంగా ఒకే ప్రయోగ ఫలితాన్ని — మ్యూయాన్ నేలను చేరడం — ఎందుకు అంచనా వేస్తాయో వివరించండి.
2. పర్వత శిఖరం వద్ద, సముద్ర మట్టం వద్ద మ్యూయాన్ లెక్కలను పోల్చిన 1941 రోస్సీ-హాల్ ప్రయోగం ప్రత్యేక సాపేక్షతా కాల వ్యాకోచానికి మొదటి ప్రత్యక్ష ప్రయోగాత్మక నిర్ధారణల్లో ఒకటి. రెండు వేర్వేరు ఎత్తుల వద్ద లెక్కలను పోల్చడం ఈ అంచనాను పరీక్షించడానికి తెలివైన మార్గమెందుకో చెప్పండి?

ఈ ప్రయోగం వెనుక ఉన్న భౌతిక శాస్త్రం

← ప్రయోగానికి తిరిగి

138 ఉచిత ముద్రించగల భౌతిక శాస్త్ర ప్రయోగ పత్రకాలు