Christopher Kent Mineman - Didattica in rete

Dilatazione dei tempi e il mesone μ

Alcuni raggi cosmici provenienti dal sole interagiscono ad una quota dei circa 60 Km con gli atomi di ossigeno (ossia con i loro elettroni) dando origine a leptoni chiamati muoni o impropriamente mesoni μ.

Queste particelle prodotte in laboratorio hano una vita media di circa 1,5 microsecondi. Saperndo, riprendendo i dati rilevati da palloni sonda, che circa un ottavo dei muoni raggiungono il suolo (nell'ipotesi che il moto sia rettilineo e uniforme e diretto verso il centro della terra), determinare la velocità con cui si muovono verso il suolo.

Essendo un ottavo = 1 mezzo al cubodeduciamo che la popolazione di queste particelle si dimezza ogni 20 km.

Nel sistema di riferimento associato al muone gli eventi nascita e morte avvengono sempre nello stesso posto e quindi la distanza spaziale tra gli eventi vale zero. 1,5 microsecondi corrispondono a circa 1,5 10-6 x 299792458 metri di tempo ossia 4497 m di tempo.

Nel sistema di riferimento terrestre abbiamo che la distanza spaziale tra i due eventi è di 20000 m.

Calcoliamo gli intervalli:

tempo di decadimento del mesone muQuesto implica che apparentemente la vita media del muone si è incrementato di circa 40 volte.

Per determinare la velocità sappiamo che per determinare il coefficiente di c è sufficiente calcolare il rapporto tra l'intervallo spaziale (20000) e quello temporale (20499,34).

Fatti i calcoli ricaviamo che questa particella si muove ad una velocità pari a circa 0,975 c

Questa è stata la prima verifica sperimentale della dilatazione dei tempi.

 

Questo risultato ci lascia interdetti, se pensiamo che la dilatazione temporale è solo ciò che ci appare esserci quando due osservatori uno privileggiato e l'altro no analizzano il manifestarsi di un evento associato ad un inizio e ad una fine che avvengono per il primo nello stesso punto e per il secondo in punti diversi.

Quanto ricavato ha una sua validità oggettiva se prendiamo in considerazione la relatività generale e il discorso per il quale la dilatazione dei tempi si osserva realmente per gli oggetti accelerati (nel nostro caso dal campo gravitazionale terrestre).