Interessantes zu Theoretischer Physik


Myonen und Spezielle Relativitätstheorie

Spezielle Relativitätstheorie sagt: Sind A und B zwei gleichförmig zueinander bewegte Körper, so erschei­nen alle zeitlichen und räumlichen Abstände, die der eine sieht, dem jeweils anderen um einen Faktor k verkürzt (was Raum betrifft, findet solche Stauchung nur in Bewegungsrichtung statt).

Bezeichnet v die Geschwindigkeit, mit der sie sich relativ zueinander bewegen, so gilt

k = 1/squareRoot( 1 – v2/c2 )


Hier ist c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.

Wenn Höhenstrahlung (kosmische Strahlung = aus dem All kommende, durch intergalaktische Magnet­felder sehr hoch beschleunigte und damit viel Energie tragende Atomkerne) beim Eintauchen in die Erd­atmosphäre mit Luftatomen kollidiert, entstehen subatomare Teilchen, u.A. sog. Myonen. Sie

  • haben eine mittlere Lebensdauer von nur etwa 1.5 * 10-6 Sekunden,
  • entstehen etwa 12.5 km über dem Erdboden
  • und bewegen sich mit etwa 99,92-prozentiger Lichtgeschwindigkeit hin zur Erde.

Da sie dann aber zwischen Geburt und Tod — aus ihrer eigenen Sicht — nur etwa 0.5 km zurücklegen können, frägt man sich, wieso dann etwa die Hälfte von ihnen doch am Erdboden ankommt.

Des Rätsels Lösung:

  • Da Myonen die Erde mit 99,92-prozentiger Lichtgeschwindigkeit auf sich zukommen sehen, verkürzt das — aus ihrer Sicht — ihren Abstand zur Erde um den Faktor 25 (d.h. auf ca. 500 m). Somit kommt etwa die Hälfte dort auch wirklich noch an.
  • Aus Sicht der Erde gesehen: Da sie jedes Myon mit 99,92-prozentiger Lichtgeschwindigkeit auf sich zukommen sieht, verlangsamt sich aus ihrer Sicht die Uhr in den Myonen um den Faktor 25. Somit leben sie aus Sicht der Erde 25 mal so lang wie aus ihrer eigenen Sicht — und können so (aus Sicht der Erde) statt nur 500 in Wirklichkeit 25 * 500 m zurücklegen, bevor sie sterben.

Man erkennt: Aus Sicht der Erde ebenso wie aus Sicht der Myonen ist die Entfernung, die ein Myon im Mit­tel während seines kurzen Lebens zurückzulegen in der Lage ist, fast genau der Abstand seines Geburts­ortes von der Erde (und doch verschieden um einen Faktor 25).


Quelle: Seite 129-130 des Buches Warum Gott doch würfelt von Marcus Chown (Physiker und Wissenschafts­journalist)


Siehe auch: Experimente bestätigen: Beschleunigte Myonen altern langsamer

Wissenswertes zu "Spezielle Relativitätstheorie, Myon" zusammengestellt durch Gebhard Greiter.
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