Keganjilan Muon
Sinaran kosmik merujuk kepada apa-apa zarah atau tenaga yang dilepaskan dari jasad samawi, seperti Matahari dan bintang di angkasa lepas. Disebabkan sinaran kosmik ini tercipta secara rawak, maka arah pergerakan sinaran kosmik ini juga adalah rawak, dan kadangkala, ia akan sampai ke Bumi.
Apabila sinaran kosmik ini sampai ke Bumi, ia akan berinteraksi dengan atmosfera Bumi. Disebabkan udara di Bumi terdiri dari pelbagai elemen seperti Oksigen dan Nitrogen, “pertembungan” sinaran kosmik dan atmosfera Bumi ini akan menghasilkan lebih banyak zarah yang lebih kecil, atau dikenali sebagai fundamental particles, seperti elektron, positron, proton dan neutron.
Kita tahu interaksi ini berlaku kerana kita memiliki pengesan sinaran kosmik di Bumi yang mengesan zarah-zarah yang terhasil.
Sewaktu mengkaji zarah yang terhasil, saintis dapati banyak zarah muon dapat sampai ke permukaan Bumi. Hal ini membingungkan saintis kerana sewaktu di dalam makmal, saintis dapati bahawa muon sepatutnya boleh hidup selama 2.2 mikrosaat sahaja, sebelum ia akan mereput.
Justeru, disebabkan jarak antara atmosfera dan permukaan Bumi adalah dalam anggaran 10 km, banyak muon sepatutnya mereput terlebih dahulu, dan bilangan muon yang kita cerap sepatutnya adalah lebih sedikit.
Keganjilan cerapan muon ini merupakan salah satu eksperimen yang berguna untuk membuktikan teori kerelatifan khusus Einstein. Dalam teori relativiti khusus, masa dan panjang bukanlah dua ukuran yang mutlak sifatnya, sebaliknya konsep “pengembangan masa” dan “pengecutan jarak” merupakan dua konsep baru yang Einstein perkenalkan yang sebelum ini tiada dalam Fizik Klasik Newton.
Pengembangan Masa berlaku apabila suatu pemerhati bergerak pada kelajuan yang amat laju, menghampiri kelajuan cahaya. Apabila beliau bergerak dengan amat laju, masa menurut kiraan beliau, bergerak pada kadar yang berbeza dengan seorang lagi pemerhati yang tidak bergerak.
Pengecutan Jarak pula adalah pelengkap bagi Pengembangan Masa. Apabila berlakunya pergerakan pada kelajuan yang amat laju, ruang yang dilihat oleh pemerhati yang bergerak itu akan menjadi lebih pendek berbanding pemerhati yang tidak bergerak.
Satu sebab Teori Relativi Khusus adalah satu “teori” yang berguna adalah kerana ia memberikan penjelasan kepada fenomena keganjilan muon tadi. Kenapa banyak sangat muon yang saintis cerap di permukaan Bumi, sedangkan muon sepatutnya mereput terlebih dahulu?
Muon terhasil dari sinaran kosmik, dan disebabkan sinaran kosmik selalunya memiliki tenaga yang tinggi, muon akan bergerak dengan amat laju, menghampiri kelajuan cahaya.
Disebabkan pergerakan muon adalah amat laju, muon ‘terkesan’ dengan teori relativiti, dan jangka hayat muon itu tadi akan ‘mengembang’ — masa akan terasa berbeza untuk dua pemerhati yang berbeza.
Secara matematiknya, apabila muon sedang bergerak pada 99.5% halaju cahaya, 2.2 mikrosaat yang dia sedang rasakan, akan menjadi 22 mikrosaat menurut cerapan kita (dengan menggunakan formula di atas). Dan sekiranya muon itu bergerak pada kelajuan 99.995% halaju cahaya, 2.2 mikrosaat tadi akan menjadi lebih panjang bagi pemerhati di Bumi, iaitu dalam 220 mikrosaat!
Pergi kepada sudut pandang muon itu pula, disebabkan dia merasai masa sepanjang 2.2 mikrosaat, maka masih lagi tidak masuk akal kalau dari perspektif muon itu sendiri, dia bergerak pada jarak hampir 10 km dalam masa 2.2 mikrosaat. Hal ini kerana ia akan bergerak melebihi kelajuan cahaya.
Justeru, dari sudut pandang muon itu sendiri, pengecutan jarak akan berlaku. Pengecutan jarak akan menyebabkan 10 km menurut perspektif pemerhati di Bumi, menjadi lebih pendek menurut perspektif muon.
Sebagai contoh, apabila muon tadi bergerak 99.995% menghampiri kelajuan cahaya, jarak yang ia lalui sekarang bukan lagi 10 km, sebaliknya muon tersebut akan merasakan bahawa ia melalui jarak 100 m!
Secara peribadinya, aku rasa penerangan keganjilan muon ini merupakan salah satu kejayaan teori relativiti yang jarang orang dendangkan. Ada semacam satu kesyahduan apabila kita berjaya menerangkan sesuatu dengan baik dan masuk akal, atau mengambil ayat aku sendiri,
Damn, this is mindblowing!
P/s: Aku baru habis mengajar topik relativiti minggu lepas. Aku selitkan video dari Minutephysics yang menjadi motivasi kepada aku untuk menulis topik ini.
