Il viaggio del pione
ANALIZZARE
L'esistenza dei pioni (o mesoni Pi) era stata prevista teoricamente da Yukawa nel 1935, come mediatori dell'interazione nucleare forte, ma solo alcuni anni più tardi queste particelle furono identificate sperimentalmente : dapprima, nel 1947, i pioni carichi PI + e PI -, poi, nel 1950, i pioni neutri PI o. Proprio il pione PI o è stato utilizzato come "sorgente di luce in moto" per verificare il secondo postulato della relatività ristretta. All'interno di un sincrotrone venivano prodotti pioni neutri alla velocità di 0,99975 c rispetto al sistema di riferimento del laboratorio. Queste particelle decadevano quasi istantaneamente in due onde elettromagnetiche ad altissima frequenza.
SVILUPPARE IL PROCEDIMENTO RISOLUTIVO
Illustra le previsioni classiche e quelle relativistiche circa la misura della velocità delle onde elettromagnetiche dell'esperimento.
INTERPRETARE, RAPPRESENTARE, ELABORARE I DATI
Anche i pioni carichi possono essere prodotti in un acceleratore, lanciando dei protoni ad alta energia contro un opportuno bersaglio. queste particelle sono più facili da rilevare e sono molto più stabili di quelle neutre: prodotte ad alte velocità riescono a viaggiare per decine di metri, prima di decadere. Il fenomeno del decadimento, tipico dei fenomeni radioattivi, è, per la singola particella o atomo, un evento del tutto casuale: non c'è modo di prevedere quando essa avvenga e, fino ad ora, nessun esperimento ha mai evidenziato il contrario. Se però analizziamo un campione statistico, cioè un numero di particelle abbastanza elevato, detto No il loro numero all'istante iniziale to = o, dopo un tempo t il loro numero sarà diminuito secondo la legge esponenziale:
dove la grandezza è il cosiddetto "tempo di vita media".
Studi sul decadimento del pione carico danno il seguente grafico:
LEGGE DI DECADIMENTO
SVILUPPARE IL PROCEDIMENTO RISOLUTIVO
Ricavare dal grafico il tempo di dimezzamento t del pione carico, corrispondente all'istante di tempo in cui il campione iniziale si è dimezzato, e calcola il tempo di vita media , descrivendone il significato fisico.
ARGOMENTARE
In un sincrotrone i protoni accelerati e sparati su di un apposito bersaglio permettono di ottenere un fascio collimato di pioni carichi, in uscita dal bersaglio alla velocità di 0,996 c misurata rispetto al laboratorio. Sul rilevatore, posto a 34 m di distanza dal bersaglio, si trova che l'intensità del fascio di pioni si è ridotta del 32%.
Argomentare
Evidenzia come i dati sperimentali non siano spiegabili con al cinematica classica.
Argomentare
Spiega come poter utilizzare il grafico precedente e i valori ottenuti al punto iniziale per analizzare i dati sperimentali. I risultati ottenuti dall'esperimento sono compatibili con il sistema di riferimento del laboratorio?