Элементарные частицы: 6. Повышенная жизнеспособность на околосветовых скоростях

Атмосферные мюоны долетают до Земли благодаря тому, что время их жизни увеличивается при околосветовых скоростях

Атмосферные мюоны долетают до Земли благодаря тому, что время их жизни увеличивается при околосветовых скоростях. Изображение с сайта proj-cngs.web.cern.ch

Метастабильные частицы большой энергии способны пролетать макроскопические расстояния — многие метры и даже километры. Особенно сильно им в этом помогает одно из главных явлений в теории относительности — замедление времени при приближении к скорости света. Какой-то процесс (например, тиканье «внутренних часов») может происходить быстро, но если он происходит внутри объекта, который проносится мимо нас с околосветовой скоростью, то по нашим часам этот процесс резко замедляется.

Хоть это и не было сказано явно, но все времена жизни частиц, которые мы перечисляли раньше, относятся к неподвижным или медленно движущимся частицам. Для частиц высокой энергии это время жизни может возрастать на порядки. Например, высоко в атмосфере Земли в столкновениях космических лучей с молекулами атмосферных газов в больших количествах рождаются мюоны. Сам по себе мюон живет 2 микросекунды. Если он летит со скоростью 1/10 скорости света, он успеет пролететь всего лишь 60 метров и не достигнет Земли. Однако когда энергия мюона очень велика, например, в 100 раз больше его энергии покоя, его кажущееся время жизни возрастает в сто раз. Тогда он без проблем пролетает десятки километров до распада, а значит, может достигнуть поверхности Земли.

Среднее время жизни и дистанция, которую пролетает мюон до распада, в зависимости от его скорости

Среднее время жизни и дистанция, которую пролетает мюон до распада, в зависимости от его скорости. Изображение с сайта hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

Замедление времени частиц при околосветовых скоростях — это не просто забавная игрушка, а физическое явление, которое физики могут использовать себе во благо. Например, есть ускорители, в которых по круговой орбите летают не электроны или протоны, а всё те же мюоны. По человеческим масштабам 2 микросекунды — это ничто, но благодаря современной технике физики умудряются за это время создать мюоны, подхватить их электрическим полем и ускорить до больших энергий. Это резко удлиняет их время жизни внутри ускорителя и позволяет провести множество точных измерений.

Пожалуй, самый экстремальный пример замедления времени при околосветовом движении разобран в нашей задаче Время жизни фотона. Если вы хотите проверить, насколько уверенно вы ориентируетесь в этом вопросе, попробуйте решить эту задачу!


0
Написать комментарий

    Элементы

    © 2005-2017 «Элементы»