Was sind Myonen und warum dürften Myonen klassisch gesehen auf der Erde praktisch nicht nachgewiesen werden können?
2 Antworten
Hallo Sandraa16,
es müssten wesentlich weniger Myonen an der Erdoberfläche nachgewiesen werden können, als es tatsächlich der Fall ist, weil die Eigenzeit (die durch eine hypothetische mitgeführte Uhr Ώ direkt gemessene Dauer Δτ) für den Flug der Myonen von ihrem Erzeugungsort zur Erdoberfläche wesentlich kürzer ist als die entsprechende U- Koordinatenzeit (die von einer erdgebundenen Uhr U aus ermittelte Zeitspanne Δt).
Myonen sind Leptonen, also mit dem Elektron verwandt. Sie sind aber sozusagen energetisch aufgeladen und deshalb wesentlich massereicher, andererseits aber auch radioaktiv, weil ja genügend Energie für die Erzeugung weniger massereicher Teilchen zur Verfügung steht.
Sie werden durch die Kollision von Kosmischer Strahlung mit den Teilchen der oberen Atmosphäre erzeugt, und zwar da, wo deren Dichte gerade so hoch wird, dass die Wahrscheinlichkeit einer Kollision erheblich wird. In manchem Aufgabenbeispiel werden etwa h = 12km Höhe dafür angegeben, aber natürlich ist es eher ein ganzer Bereich.
Die Myonen kommen dann mit einem Tempo v von fast c (dem Ausbreitungstempo des Lichts) auf die Erde zugeschossen, oder anders ausgedrückt ist ihre Kinetische Energie Eₖ um ein Mehrfaches höher als ihre Ruheenergie E₀, die bis auf den konstanten Faktor c² identisch ist mit ihrer Masse.
Der Zerfall der Myonen ist exponentiell, d.h. in gleichen Zeiten nimmt ihre Zahl um denselben Faktor ab; sie haben auch eine feste Halbwertszeit (gemessen durch die hypothetische relativ zu ihnen ruhende Uhr Ώ). Durch die Bewegung übersetzt sich die Zeit natürlich in Flugstrecke, wobei die volle Flugstrecke eben h ist. Auf der Erde sollten nur noch wenige von ihnen nachweisbar sein, da die h⁄v etliche Halbwertszeiten ergibt.
Wenn man statt des Tempos die Kinetische Energie heranzieht, käme man nach der in der NEWTONschen Mechanik (NM) verwendeten Formel zu einem wesentlich größeren Tempo als c. Teilt man h dadurch, kommt man auf weniger Halbwertszeiten und einen entsprechenden weniger verringerten Anteil, gemessen an den neu erzeugten Myonen oben.
Tatsächlich ist der Anteil der "überlebenden" Myonen aber noch wesentlich höher, denn bei gegebener Energie ist das Verhältnis h⁄Δτ größer als nach der NM- Formel.
Abb. 1: Die gepunktete Linie stellt den aufgrund des Tempos laut NM erwarteten "überlebenden" Anteil dar, die gestrichelte den aufgrund der Energie laut NM erwarteten Anteil. Die durchgezogene blaue Linie steht für den tatsächlichen "überlebenden" Anteil
Ein Myon ist ein schnell zerfallendes Elementarteilchen der Ladung -1e ("Verwandt" mit dem Elektron). Myonen würden normerweise wegen ihrer kurzen Halbwertszeit den Erdboden nicht erreichen, da nahezu alle zuvor bereits zuvor zerfallen wären. Aufgrund der relativistischen Zeitdilatation, die ein Beoachter eines sich nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegenden Systems wahrnimmt, erreichen doch genügend davon den Erdboden, so dass man sie nachweisen/messen kann.
Mehr hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Myon
In der Atmosphäre als sekundäre, durch Wechselwirkungen mit der Atmosphäre veränderte kosmische Strahlung .
Ouh oke versteh also relativistisch gesehen ist es nachweisbar aber eine Frage, wo entstehen solche Myonen?