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Relativistische Effekte

Geschwindigkeitsabhängigkeit der mittleren Lebensdauer der Myonen

Wenn sich Teilchen wie die Myonen mit relativistischen Geschwindigkeiten bewegen, verändert sich das Zerfallsverhalten. Bei Myonen aus der Höhenstrahlung ist die Energie, also die Geschwindigkeit, unbekannt. Bekannt ist lediglich, dass sie mit relativistischer Geschwindigkeit auf der Erdoberfläche ankommen, da ansonsten nicht so viele Myonen ankommen könnten. Bereits in den 60er Jahren führten David H. Frisch und James H. Smith auf dem Mt. Washington ihren Versuch zur Zeitdilatation durch. (siehe auch das entsprechende Video unter Medien)

1975 wurde im CERN ein Zerfallsexperiment mit künstlich im Beschleuniger erzeugten Myonen bei relativistischen Geschwindigkeiten durchgeführt. Bei diesem Versuch hatten die Myonen im Speicherring eine Geschwindigkeit von 99,942% c und eine mittlere Lebensdauer von 64,6 µs, wohingegen Myonen im Ruhesystem eine mittlere Lebensdauer von 2,2 µs haben. 

 

In dieser Grafik zeigen die blauen Markierungen den Zerfall im Ruhezustand, orange bei 90% Lichtgeschwindigkeit (c), grün bei 99% c, gelb bei 99,9% c (alles rechnerisch) und dunkelrot 99,942% c im Speicherring am CERN (www.leifiphysik.de/relativitaetstheorie/spezielle-relativitaetstheorie/versuche/myonen-experiment-cern).

Es ist also deutlich zu sehen, dass die Myonen mit 90% c eine etwa 2,5 mal so große mittlere Lebensdauer haben wie die Myonen im Ruhesystem und damit eine mittlere Reichweite im Newtonschen System von etwa 1650 m. Die folgende Graphik zeigt die Veränderung der mittleren Lebensdauer in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v.

 

 

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