January 26, 2017

Muons i la Teoria de la Relativitat

Els muons són unes partícules molt petites (també conegudes com a partícules elementals, de la família dels Leptons), que es creen a l’atmosfera com a conseqüència de la desintegració dels raigs còsmics (es creen quan els pions es desintegren). La seva velocitat es propera a la de la llum (0.9c) i tenen la mateixa càrrega que la d’un electró. Tanmateix, la seva massa és considerablement major, unes 200 vegades major, de manera que poden penetrar fins molt més endins. La semivida d’un muó és molt petita (al voltant de 2 microsefons, que és cent vegades més ràpid que el que triguem a tancar i orir els ulls).

No obstant, quan es creen els muons a l’atmosfera, vora els 15km sobre la superfície terrestre, semblacom si no es desintegressin tan ràpidament, car podem detectar muons al nivell del mar. A primera vista, semblaria que és imposible; la seva semivida és massa petita perquè puguin arribar al terra. Llavors, com és que som capaços de detectar-los a la superfície terrestre?

Desintegració d’un muó.

Com la Teoria de la Relativitat d’Einstein explica, les partícules es mouen tan ràpidament que perceben el temps molt lentament. Sembla estrany, però es pot pensar d’aquesta manera: imagina’t que puges a una nau i el teu rellotge mostra la mateixa hora que el de la Terra. Amb aquesta nau et mous cap una galàxia propera i després tornes a la terra, sempre a velocitats properes a la de la llum. Quan arribis, si compares la teva hora amb la de la terra, no seran la mateixa: el teu rellotge semblarà que s’hagi endarrerit.  La relativitat explica aquest fenòmen: quan et mous ràpidament, el temps s’alenteix. Com més ràpidament et moguis, més lentament et passarà el temps. D’aquesta manera podries haver mesurat que el teu viatge havia durat una setmana, mentre que des de la Terra hagués semblat que era d’un mes. El mateix passaria si pugessis a un avió, un tren o si anessis a córrer: com més ràpidament et moguessis, més lentament et passaria el temps. Malgrat això, aquesta dilatació temporal és imperceptible si no et mous a velocitat properes a la de la llum (per això, al nostre dia a dia quan pugem a un avió, un tren o anem a córrer, no notem res de res).

Tot i així, aquest és el cas dels muons. Es mouen a tan gran velocitat que pateixen un efecte de dilatació temporal. El seu temps passa més lentament. Per aquesta raó, bàsicament, és per la qual veiem des de la Terra que triguen més a desintegrar-se.

I és aquí on el nostre experiment entra en joc. Volem mesurar el nombre de muons a cada rang d’altitud. Amb aquesta informació, obtindrem la semivida dels muons i la compararem amb la predicció obtinguda de la Teoria de la Relativitat Especial. El nostre objectiu és veure com la teoria és coherent amb les nostres dades experimentals.