Μιόνια: Επαληθεύοντας την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας, Μέρος Γ’

Όπως είδαμε στα προηγούμενα μέρη, τα μιόνια μπορούν να δημιουργηθούν στα εξώτερα στρώματα της γήινης ατμόσφαιρας και επειδή ζουν μονάχα 2,2 εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου, περιμένουμε να διασπαστούν σε απόσταση μόλις μερικών εκατοντάδων μέτρων. Συνεπώς, προξενείται η εξής ερώτηση: “πώς καταφέρνουμε να εντοπίσουμε μιόνια στα γήινα εργαστήρια;”

Για να απαντήσουμε το παραπάνω ερώτημα, θα χρειαστούμε την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας, και για την ακρίβεια δύο βασικές της έννοιες: τη διαστολή του χρόνου και τη συστολή του μήκους.

Διαστολή του χρόνου

Ένα μιόνιο που δημιουργείται και ταξιδεύει στη γήινη ατμόσφαιρα θα διασπαστεί έπειτα από 2,2 εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου. Ο χρόνος αυτός στην πραγματικότητα ισχύει για το σύστημα αναφοράς του ίδιου του μιονίου. Για τον μακρινό παρατηρητή στην επιφάνεια της Γης που περιμένει υπομονετικά να καταγράψει αυτό το μιόνιο, ο χρόνος διάσπασής του σύμφωνα με την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας θα έχει διασταλεί. Η διαστολή του χρόνου αυτού εξαρτάται από την ταχύτητα του ίδιου του μιονίου. 

Εάν για παράδειγμα ένα μιόνιο ταξιδεύει με 99,9999995% της ταχύτητας του φωτός, τότε για το γήινο παρατηρητή, το μιόνιο αυτό θα διασπαστεί σε 0,02 δευτερόλεπτα. Μέσα σε αυτά τα 0,02 δευτερόλεπτα, το μιόνιο θα έχει καλύψει μια απόσταση 6.600 χιλιομέτρων, επομένως θα μπορέσει να φτάσει στη γήινη επιφάνεια. 

Η διαστολή του χρόνου σύμφωνα με την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας δείχνει ότι η ροή του χρόνου διαφέρει από παρατηρητή σε παρατηρητή, και μάλιστα όσο πιο γρήγορα ταξιδεύει ένα σώμα, τόσο περισσότερο διαστέλλεται ο χρόνος που το καταγράφει ένας απομακρυσμένος αδρανής παρατηρητής.

Με τη διαστολή του χρόνου της διάσπασης του μιονίου, δημιουργείται το εξής παράδοξο τώρα. Το μιόνιο όπως είπαμε, θα διασπαστεί σε 2,2 εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου στο δικό του σύστημα αναφοράς. Αυτά τα δευτερόλεπτα αντιστοιχούν σε απόσταση ίση με 660 μέτρα. Άρα το μιόνιο δε θα “καταλάβει” ότι πραγματικά έφτασε στο έδαφος και αντιθέτως θα “νομίζει” ότι διασπάστηκε νωρίτερα κάπου στην ατμόσφαιρα. 

Ή μήπως όχι;

Συστολή του μήκους

Το σχετικιστικό^* μιόνιο του παραπάνω παραδείγματος, σύμφωνα με την Ειδική Θεωρία της  Σχετικότητας, θα διανύσει ένα μήκος που έχει συσταλεί. Η συστολή αυτή είναι ανάλογη της ταχύτητάς του, δηλαδή όσο πιο γρήγορα ταξιδεύει ένα σωματίδιο, τόσο περισσότερο μειώνεται το μήκος της διαδρομής που διαγράφει.

Επομένως, ένα μιόνιο που ταξιδεύει με ταχύτητα 99,9999995% της ταχύτητας του φωτός, θα “βλέπει” το μήκος που διανύει να έχει ελαττωθεί σε 660 μέτρα.  Αυτό έχει ως συνέπεια το μιόνιο να φτάνει στην επιφάνεια της Γης και οι υπομονετικοί επιστήμονες να το εντοπίζουν στα εργαστήριά τους. 

Το πείραμα αυτό με τα μιόνια πραγματοποιείται σε καθημερινή βάση εδώ και σχεδόν 100 χρόνια. Κάθε φορά καταφέρνει να επαληθεύσει την Ειδική θεωρία της Σχετικότητας και να μας προσφέρει όλο και περισσότερες πληροφορίες για το τι συμβαίνει στο απώτερο Σύμπαν και στις πηγές που έμμεσα οφείλονται για τη δημιουργία τους.

* Ως σχετικιστικό ονομάζεται ένα σώμα που ταξιδεύει με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός άρα χρειάζεται η Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας για να περιγράψουμε την κίνησή του