Detectie van muonen Vorming van muonen Muonen

Vorming van muonen
Muonen, Einstein
en het Coornhert
Lyceum
Het Coornhert Lyceum heeft
zich aan een experiment gewaagd dat in Zwitserland
plaats vond. De grote vraag
was waarom men relatief veel
muonen meet op het aardoppervlakte terwijl deze op tientallen kilometers hoogte al horen te zijn vervallen. Aan de
hand van detectoren en een belangrijke theorie van Albert
Einstein konden we dit verklaren.
Muonen worden gevormd op een hoogte van 60 km wanneer
hoogenergetische kosmische deeltjes in botsing komen met onze
atmosfeer. Bij deze botsingen ontstaan erg veel nieuwe deeltjes,
die maar kort blijven bestaan. Door botsingen vallen ze uiteen
in andere deeltjes, die ook weer kunnen vervallen. De vele
brokstukken vliegen met bijna de lichtsnelheid naar het
aardoppervlak. Veel hiervan wordt tegengehouden door de
atmosfeer, maar muonen bereiken wel het aardoppervlak.
E=M·C
2
Detectie van muonen
Als deeltjes met grote snelheid door
de detector gaan, waar een doorzichtige plaat in zit, staan ze een beetje
energie af in de vorm van een lichtflitsje. Om ervoor te zorgen dat de
detector alleen lichtflitjes ziet die afkomstig zijn van deeltjes die door de
detector heen gaan, is de detector
verpakt in zwart, plastic tape en zit
er een aluminium behuizing omheen.
Aan 1 kant van de plaat is een optische geleider bevestigd, deze geleid
het lichtflitsje naar een detector. Deze detectoren moeten heel gevoelig
zijn omdat het een erg zwak lichtflitsje is. Daarom worden photomultipliers (fotoversterkers) gebruikt.
Deze versterken het lichtflitsje zodat
die gemeten kan worden door de detector.
“Langzame tijd, bij grote snelheid.”
Wat bedoelen we eigenlijk als we zeggen:'op dit moment'? In het dagelijks leven gebruiken we het begrip 'gelijktijdigheid' zonder we weten wat het inhoudt.
Albert Einstein trok deze vanzelfsprekendheid in twijfel. Hij piekerde over de
betekenis van gelijktijdigheid en zo ontstond de 'speciale relativiteitstheorie' die
hij in 1905 publiceerde. Alle beweging is relatief, dat wil zeggen dat een voorwerp alleen ten opzichte van iets of iemand kan bewegen. Volgens deze theorie vertraagt de tijd en neemt de massa toe als de
relatieve snelheid de lichtsnelheid nadert.
Instructie meetapparatuur bij Nikhef
Correcte instelling vinden meetapparatuur
Metingen in Nederland op zeeniveau
Meten in Zwitserland op 2610m en 540m
Bezoek en rondleiding CERN
Meetgegevens verwerken
De grote vraag: is het experiment gelukt?
Door de veel achtergrondruis is de proef met het meten van de levensduur mislukt. We kwamen hier op zeer onwaarschijnlijke
waarden uit. Het tweede experiment daarentegen, is zeker geslaagd! We hebben op twee hoogtes gemeten: op 2610m en op
540m. Volgens de formule van de relativiteitstheorie hebben we
twee variabelen nodig om de snelheid uit te kunnen rekenen; hoogteverschil (oftewel een afgelegde afstand), en de tijd die muonen
nodig hebben om die afstand af te leggen.
Hierin is v de snelheid, t de tijd en c de lichtsnelheid (300.000 km/s)
Het invullen van de functie geeft een snelheid van 0.97C, een zeer
goede uitkomst dus!
𝐯=
𝟐𝟎𝟕𝟎𝟐
𝟏𝟕𝟔𝟑 ∙ 𝟏𝟎−𝟗 𝟐 +
𝟐𝟎𝟕𝟎²
(𝟑 ∙ 𝟏𝟎𝟖 )²
= 𝟐𝟗𝟎. 𝟔𝟔𝟐. 𝟐𝟎𝟑, 𝟗
𝐦
= 𝟎, 𝟗𝟕 ∙ 𝐂
𝐬