FÍSICA MODERNA - Uma demonstração da utilização da relatividade restrita.

Se você viu as demonstrações matemáticas da dilatação dos tempos e da contração dos comprimentos, vai concordar que não há nada de errado com os cálculos nem com a teoria.

Durante muitos anos nos acostumamos com o enorme sucesso da matemática como uma linguagem adequada para descrever os fenômenos da Física e o fato de não vermos nada de errado nos cálculos acima diz-nos que provavelmente estamos diante de um fato realmente novo.

O que mais nos incomoda nesse fato novo é que as previsões teóricas contrariam o senso comum e nos mostram coisas que nunca vivenciamos.

A pergunta inevitável é: Essa nova teoria está realmente certa?

Mas, em Física, não existe exatamente o certo ou o errado. A pergunta deve ser outra: a teoria funciona ou não?

Se uma teoria funciona e reproduz satisfatoriamente bem o comportamento do mundo, então ela é boa e será usada. Caso contrário, será descartada.

 A mecânica newtoniana ainda resolve de forma brilhante os problemas físicos de baixas velocidades. Ela não está certa nem errada, mas, na verdade, funciona (e muito bem), dentro de certas condições de contorno.

Mas como vamos testar se a relatividade restrita funciona? Teremos que esperar anos e anos de tecnologia para construirmos naves para viajarmos a velocidades próximas à da luz?

Esse foi um problema prático para os cientistas por um certo tempo.

Mas o teste da teoria foi feito de uma forma bastante inesperada, a partir da detecção dos mésons mi (ou múons). Múons são partículas que surgem na atmosfera, a cerca de 9.000 m de altitude, por efeito da chegada dos raios cósmicos. Os múons têm velocidade muito próxima à da luz no vácuo (cerca de 0,998 c) e têm meia-vida de cerca de 2 microssegundos. 

Dessa forma, os múons deveriam percorrer, antes de decaírem e desaparecerem, uma distância máxima de v.t = 0,998c.2.10^-6 que seria aproximadamente 600m.

Estatisticamente falando, levando em conta a minúscula meia-vida dos múons, poucos deles poderiam chegar ao solo, pois a maior parte "morreria" no caminho, a mais de 8.000 m de altitude. No entanto, mais múons do que o esperado puderam ser detectados em baixas altitudes. Como explicar isso?
Um múon pode ser tratado de acordo com a mecânica clássica? Não, não pode.

Lembrando o que vimos no artigo anterior sobre a dilatação do tempo e a contração do comprimento na direção do deslocamento pelo fator:

 Podemos explicar o porquê de tantos múons detectados, ou seja, sua presença na superfície da Terra só pode ser explicada levando em consideração os "efeitos relativísticos". Considerando os dados acima temos:

Ou seja, não podemos utilizar a mecânica clássica pois o fator de Lorentz da dilatação do tempo e contração do comprimento é bem diferente de 1 para velocidades tão grandes quanto aos dos múons.

Então, levando em consideração a teoria da relatividade restrita, enquanto para nós a altura é de 9.000m para os múons esta altura é de apenas 570m e por outro lado, enquanto para os múons passam-se 2 microssegundos para nós passaram-se aproximadamente 32 microssegundos. Então, tanto o tempo quanto o espaço são relativos. Para nós a distância é grande, ou seja, não mudou mas o tempo de vida do múon parece maior e do ponto de vista do múon seu tempo de vida continua o mesmo mas a distância a ser percorrida é relativamente menor.

A detecção do múon é uma prova experimental de que a teoria da relatividade restrita funciona.
 
Historicamente, esse foi o primeiro grande teste da nova teoria. 

Atualmente, com o grande avanço tecnológico e as pesquisas com partículas que podem atingir velocidades muito altas em aceleradores, a teoria tem sido comprovada com bastante sucesso, mostrando que, de fato, é muito boa.

Raios cósmicos são partículas de alta energia provenientes do espaço. Antes de os cientistas terem tecnologia para a construção de aceleradores de partículas (até metade do século 20), os raios cósmicos eram a única fonte de partículas de altas energias disponíveis para pesquisa.

Meia-vida é o tempo no qual a quantidade de um radioisótopo se reduz à metade.

Os múons são partículas pertencentes à categoria dos mésons. Em 1947, o físico brasileiro César M G. Lattes, professor do Departamento de Raios Cósmicos da Unicamp, SP, participou do histórico experimento que detectou pela primeira vez os mésons pi (ou píons) compondo a equipe de cientistas que trabalhou nos Andes bolivianos usando emulsões fotográficas para detectar essas partículas.
 

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Forte abraço,

Prof. Sérgio Torres