enero 26, 2017

Muones y la Teoría de la Relatividad

Los muones son unas partículas muy pequeñas (también conocidas como partículas elementales, de la familia de los Leptones), que se crean en la atmósfera, como consecuencia de la descomposición de los rayos cósmicos (se crean cuando los piones se desintegran). Su velocidad es cercana a la de la luz (0.9c) y tienen la misma carga que un electrón. Sin embargo, su masa es considerablemente mayor que la de un electrón, unas 200 veces mayor, de modo que pueden penetrar las paredes hasta mucho más adentro. La semivida de un muon es extremadamente pequeña (alrededor de 2 microsegundos, que es cien veces más rápido que el tiempo que necesitamos para hacer un parpadeo).

No obstante, cuando se crean los muones en la atmósfera, cerca de 15km sobre la superficie terrestre, parece que no se desintegran tan rápidamente, ya que podemos detectar muones al nivel del mar. A primera vista, parece que es imposible; su semivida es demasiado pequeña para que puedan alcanzar el suelo. Entonces, cómo es que somos capaces de detectarlos en la superficie terrestre?

Desintegración de un muon.

Como la Teoría de la Relatividad de Einstein explica, las partículas se mueven tan rápidamente que perciben el tiempo muy lentamente. Parece extraño, pero se puede pensar del siguiente modo: imagínate que subes a una nave y tu reloj muestra el mismo tiempo al de la Tierra. Con esa nave te mueves  hacia una galaxia cercana  y después vuelves a la tierra, a velocidades cercanas a las de la luz. Cuando llegas comparas tu reloj con el de la tierra. No mostrarán la misma hora, el tuyo parecerá que se haya retrasado. La relatividad explica este fenómeno: cuando te mueves muy rápido, el tiempo se enlentece. Cómo más rápido te muevas, más lentamente pasará el tiempo para ti. De este modo, podrías haber medido que tu viaje en la nave había durado una semana, mientras que la gente en la Tierra habría pasado un mes durante tu viaje. Lo mismo pasaría si subes a un avión, un tren o si vas a correr: como más rápido te muevas, más lentamente pasará el tiempo para ti en comparación con aquellos que no se mueven. Esta dilatación del tiempo, sin embargo, es imperceptible a no ser que te muevas a grandes velocidades, cercanas a la de la luz (por eso, en nuestra vida diaria cuando subimos a un avión, tren o vamos a correr, no notamos nada de nada).

No obstante, este es el caso para los muones. Se mueven a tan gran velocidad que sufren un efecto de dilatación del tiempo. Para ellos, su tiempo pasa más lentamente. Por esa razón, básicamente, es por la que vemos des de la Tierra que tardan más tiempo en desintegrarse.

Y es aquí donde nuestro experimento entra en juego. Queremos medir el número de muones en cada rango de altitud. Con esta información, obtendremos la semivida de los muones y la compararemos con la predicción obtenida de la Teoría de la Relatividad Especial. Nuestro objetivo es ver como la teoría concuerda con nuestros datos experimentales.