Il mistero dei muoni

Il mistero dei muoni

perché arrivano sulla terra?

Da tutto lo spazio arrivano verso la terra i raggi cosmici che, appena entrano negli strati superiori dell’atmosfera, producono moltissimi muoni.

I muoni sono delle particelle instabili che “vivono” circa 2,2 microsecondi. Cioè dopo circa 2,2 microsecondi decadono, in genere in un elettrone e in una coppia neutrino antineutrino.

I muoni sono velocissimi, la loro velocità è quasi uguale a quella della luce, è il 99,92% di quella della luce c .

Quanto viaggiano nell'atmosfera prima di disintegrarsi? CIRCA 660 metri

Ma sulla terra ne arrivano più della metà! Come fanno quindi ad arrivare sulla Terra attraversando 15'000 metri di atmosfera, se “muoiono” dopo 660 metri?

Da quando hai cominciato a guardare questa presentazione il tuo corpo è stato attraversato da circa 5000 muoni, mentre secondo le teorie della fisica classica, questo non sarebbe dovuto succedere!

DOBBIAMO RICORRERE ALLA TEORIA DELLA RELATIVITA'

Il “tempo”, cioè la durata di un evento, non è una grandezza assoluta ed immutabile, come pensavano Newton, Galileo e tutti i fisici fino al 1905.

LE TRASFORMAZIONI DI LORENTZ

Se osserviamo degli eventi, dei fatti che succedono e che vengono osservati e misurati da persone in moto “relativo” (sistemi che si muovono uno rispetto all’altro), quello che cambia e che diventa relativo è la realtà che stiamo osservando. Quello che viene modificato è il mondo, la natura, tutto l’universo. Tutto questo è vero sempre, ma diventa apprezzabile solo se queste velocità “relative” sono molto ma molto alte, diciamo vicine alla velocità della luce (300'000 km/s). Se gli oggetti sono più lenti non ce ne accorgiamo.

Se avesse al polso un orologio fatto partire alla sua nascita, in media "morirebbe" quando l’orologio segna 2,2 microsecondi.

Ma il muone va molto veloce e il suo tempo di decadimento “nel mio sistema”, quindi sulla Terra, è più grande. Per il muone atmosferico il tempo si dilata di circa 25 volte.

E’ veramente tanto!

Proviamo a vedere quanto spazio riesce a percorrere:ora il tempo di vita è diventato 55 microsecondi, quindi

Il tempo, cioè la durata di un evento, è relativo al sistema in cui avviene l’evento, che lo si osservi o no. Nello “spazio” in cui il muone si muove (cioè l’atmosfera) i suoi tempi si dilatano e LA REALTA’ E’ DIFFERENTE da quella che calcolerei con la fisica classica di Newton.

E dal punto di vista del muone?

Il muone - NEL SUO SISTEMA - sta fermo, quindi vive 2,2 microsecondi; come fa a giustificare il fatto che riesce ad arrivare sulla Terra? Einstein dice che una certa lunghezza L, misurata in un sistema in cui L sta ferma (per esempio lo spessore dell’atmosfera), si accorcia se la guardo da un sistema in movimento rispetto ad essa. Quindi il muone vede lo spessore dell’atmosfera (L=15 km) più corto. Di quanto? Del famoso fattore già calcolato. Quindi per il muone l’atmosfera non è spessa 15 km, ma 15 km/25 = 600 m.

Le varie interpretazioni: Fisica Classica: Il muone ha vita media di 2,2 microsecondi (valore assoluto), può quindi percorrere in media 660 m.  Non può arrivare sulla Terra.  Relatività (punto di vista della Terra): il muone ha una vita media di 2,2 microsecondi; rispetto alla Terra si muove a velocità c. La sua vita media si dilata quindi di 25 volte, diventa 55 microsecondi e può quindi percorrere circa 16 km. Molti muoni arrivano sulla Terra.  Relatività (punto di vista del muone): il muone ha una vita media di 2,2 microsecondi, è in movimento rispetto alla Terra e all’atmosfera, che vede “accorciata” di un fattore 25, quindi la vede spessa circa 600 m. In media molti muoni riescono ad attraversarla e ad arrivare sulla Terra