Tillæg til partikelfysik - matematikfysik

32 © Erik Vestergaard – www.matematikfysik.dkMyoner i atmosfærenEt klassisk eksempel, som demonstrerer relativitetsteoriens virkning på bedste vis erlevetiden for myoner. Myonen er en ustabil partikel, som skabes i Jordens øvre atmosfæresom følge af kosmisk stråling. Højhastigheds-protoner, der stammer fra vor egengalakse, kolliderer med oxygen og nitrogen kerner og producerer ladede pi-mesoner.Disse pi-mesoner henfalder hurtigt til myoner. Derved skabes en regn af myoner, sombevæger sig ned gennem atmosfæren. Her henfalder partiklerne før eller siden ved den− −svage vekselvirkning: µ → e + ν e + ν µ . Anti-myonen henfalder ved en tilsvarende+ +proces: µ → e + ν + ν .eµMyonen blev i 1936 opdaget af forskerne Carl D. Anderson(foto) og Seth Neddermeyer, da de studerede kosmisk stråling.Da partiklens bane krummede mindre end elektronensog mere end protonens i et magnetfelt, og man samtidig antog,at partiklen havde samme ladning som elektronen,konkluderede man, at den nye partikel måtte være tungereend elektronen, men lettere end protonen. Anderson opdagededesuden positronen, antipartiklen til elektronen, hviseksistens forinden var blevet forudsagt teoretisk af fysikerenPaul Dirac. For den opdagelse fik Anderson i 1936Nobelprisen i fysik sammen med en anden fysiker.Mens pi-mesonerne typisk bevæger sig mindre end 100 m før de henfalder, når myonerneret ofte helt ned til jordoverfladen – en strækning på ofte 15 km.Der er flere ubekendte i problematikken:• Myonerne skabes ikke helt i samme højde• De har ikke alle retning direkte mod Jorden• De lever ikke alle lige lang tid, før de henfalder.Henfald handler om sandsynlighed!• De har ikke alle samme energi og dermedhastighed.• Myonerne taber energi ved ioniseringer ogandet under deres bevægelse ned gennematmosfæren.15 km3,0 GeV Vi skal ikke forsøge at tage højde for alle disseforhold, blot regne på, hvor langt en myonmed lad os sige en energi på 3,0 GeV, gennemsnitligtvil bevæge sig, før den henfalder.Vi vil se bort fra tab af energi undervejs. Førstbestemmes myonens gammafaktor ud fra partiklens energi E ved hjælp af formel (4)2side 7: E = γ ⋅ m ⋅ c . Når man løser ligningen med hensyn til γ, fås γ = 28,38 .0