Pregunta
upstudy study bank question image url

5. The \( \mathrm{K}+ \) meson, a subatomic particle, has an average rest lifetime of \( 1.0 \times 10^{-8} \mathrm{~s} \). If the particle travels through the laboratory at \( 2.6 \times 10^{8} \mathrm{~m} / \mathrm{s} \), by how much has its lifetime, relative to the laboratory, increased?

Ask by Wheeler Huff. in Canada
Jan 26,2025

Solución de tutoría real

Respuesta verificada por el tutor

Responder

The \( \mathrm{K}^+ \) meson's lifetime increases by a factor of 2 in the laboratory frame due to time dilation.

Solución

To determine how much the lifetime of the \( \mathrm{K}^+ \) meson has increased relative to the laboratory, we'll use the concept of **time dilation** from Einstein's theory of **special relativity**. ### Given: - **Proper lifetime (\( \tau_0 \))**: \( 1.0 \times 10^{-8} \) seconds (lifetime in the particle's rest frame) - **Velocity (\( v \))**: \( 2.6 \times 10^8 \) meters per second - **Speed of light (\( c \))**: Approximately \( 3.0 \times 10^8 \) meters per second ### Time Dilation Formula: The relationship between the proper lifetime (\( \tau_0 \)) and the dilated lifetime (\( \tau \)) in the laboratory frame is given by: \[ \tau = \gamma \tau_0 \] where \( \gamma \) (the Lorentz factor) is: \[ \gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{c}\right)^2}} \] ### Calculations: 1. **Calculate \( \beta \)**: \[ \beta = \frac{v}{c} = \frac{2.6 \times 10^8 \, \text{m/s}}{3.0 \times 10^8 \, \text{m/s}} \approx 0.8667 \] 2. **Calculate \( \gamma \)**: \[ \gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - \beta^2}} = \frac{1}{\sqrt{1 - (0.8667)^2}} = \frac{1}{\sqrt{1 - 0.75}} = \frac{1}{\sqrt{0.25}} = 2 \] 3. **Determine the Dilated Lifetime (\( \tau \))**: \[ \tau = \gamma \tau_0 = 2 \times 1.0 \times 10^{-8} \, \text{s} = 2.0 \times 10^{-8} \, \text{s} \] ### Conclusion: The lifetime of the \( \mathrm{K}^+ \) meson, as observed in the laboratory, is **twice** its proper lifetime due to the effects of time dilation. **Answer:** Its lifetime is doubled in the laboratory frame; the laboratory-measured lifetime is twice τ₀.

Revisado y aprobado por el equipo de tutoría de UpStudy

error msg
Explicar
Simplifique esta solución

Bonus Knowledge

To calculate how much the lifetime of the \( \mathrm{K}+ \) meson has increased relative to the laboratory frame, we can use the concept of time dilation from Einstein's theory of relativity. The time dilation formula is given by: \[ \Delta t' = \frac{\Delta t}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}} \] where: - \( \Delta t' \) is the dilated lifetime, - \( \Delta t \) is the proper lifetime (rest lifetime) of the particle, - \( v \) is the velocity of the particle, - \( c \) is the speed of light (approximately \( 3.0 \times 10^8 \, \text{m/s} \)). Given: - \( \Delta t = 1.0 \times 10^{-8} \, \text{s} \) - \( v = 2.6 \times 10^{8} \, \text{m/s} \) First, we need to calculate \( \frac{v^2}{c^2} \): \[ \frac{v^2}{c^2} = \left(\frac{2.6 \times 10^8}{3.0 \times 10^8}\right)^2 = \left(0.8667\right)^2 \approx 0.75 \] Now we can calculate \( \sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}} \): \[ \sqrt{1 - 0.75} = \sqrt{0.25} = 0.5 \] Now we substitute everything into the time dilation formula: \[ \Delta t' = \frac{1.0 \times 10^{-8}}{0.5} = 2.0 \times 10^{-8} \, \text{s} \] The increase in lifetime, relative to the laboratory frame, is: \[ \Delta t' - \Delta t = 2.0 \times 10^{-8} - 1.0 \times 10^{-8} = 1.0 \times 10^{-8} \, \text{s} \] Thus, the lifetime of the \( \mathrm{K}+ \) meson, as observed in the laboratory frame, has increased by \( 1.0 \times 10^{-8} \, \text{s} \).

preguntas relacionadas

Latest Physics Questions

10. ถ้าปรับความถี่ให้มากุกว่าความถี่เรโซแนนซ์ผลของวงจรเป็นอย่างไร ก. ค่าของ \( X_{L} \) มากกว่าค่าของ \( X_{C} \) ข. ค่าของ \( X_{C} \) มากกว่าค่าของ \( X_{L} \) ค. ค่าความต้านทานมีค่าเพิ่มขึ้นมากกว่าเดิม ง. ค่าของ \( X_{L} \) เท่ากับค่าของ \( X_{C} \) 11. เมื่อวงจรเกิดสภาวะเรโซแนนซอิมพีแดนซ์ของวงจรมีค่าเท่าไร ก. มีค่าเป็นสองเท่าของค่าความต้านทาน ข. มีค่าเป็นรากที่สองของค่าความต้านทาน ค. มีค่าเท่ากับค่าความต้านทาน ง. มีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของค่าความต้านทาน 12. เมื่อวงจรเกิดสภาวะเรโซแนนซแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทานมีค่าเท่าไร ก. มีค่าเป็นสองเท่าของแหล่งจ่ายที่จ่ายให้ ข. มีค่วเห่ากับแหล่งจ่ายที่จ่ายให้ ค. มีค่าเป็นรากที่สองของแหล่งจ่ายที่จ่ายให้ ง. มีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของแหล่งจ่ายที่จ่ายให้่ 13. เมื่อวงจรเกิดสภาวะเรโซแนนซ ข้อใดกล่าวถูกต้อง ก. ค่าความจุไฟฟ้าเท่ากับค่าความเหนี่ยวนำ ข. ค่าความจุไฟฟ้าเป็นสองเท่าของค่าความเหนี่ยวนำ ค. ค่ารีแอกแตนซ์เชิงตัวเก็บประจุมีค่าเป็นสองเท่าของค่ารีแอกแตนซ์เชิงตัวเหนี่ยวนำ ง. ค่ารีแอกแตนซ์เชิงตัวเก็บประจุเท่ากับค่ารีแอกแตนซ์เชิงตัวเหนี่ยวนำ 14. ข้อใดไม่ถูกต้องเมื่อวงจรเกิดสภาวะเรโซแนนซ์ในวงจร RLC แบบอนุกรม เกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้า ก. แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ร่วมเฟสกับแรงดันที่ตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำและแรงดันที่ตกคร่อมตัวเก็บประด ข. ผลรวมของแรงดันที่ตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำกับแรงดันที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุ มีค่าเท่ากับศูนย์ ค. แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ร่วมเฟสกับกระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจร ง. แรงดันที่ตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำเท่ากับแรงดันที่ตกคร่อมตัวเก็บ
Física Thailand Jan 27, 2025
¡Prueba Premium ahora!
¡Prueba Premium y hazle a Thoth AI preguntas de matemáticas ilimitadas ahora!
Quizas mas tarde Hazte Premium
Estudiar puede ser una verdadera lucha
¿Por qué no estudiarlo en UpStudy?
Seleccione su plan a continuación
Prima

Puedes disfrutar

Empieza ahora
  • Explicaciones paso a paso
  • Tutores expertos en vivo 24/7
  • Número ilimitado de preguntas
  • Sin interrupciones
  • Acceso completo a Respuesta y Solución
  • Acceso completo al chat de PDF, al chat de UpStudy y al chat de navegación
Básico

Totalmente gratis pero limitado

  • Solución limitada
Bienvenido a ¡Estudia ahora!
Inicie sesión para continuar con el recorrido de Thoth AI Chat
Continuar con correo electrónico
O continuar con
Al hacer clic en "Iniciar sesión", acepta nuestros términos y condiciones. Términos de Uso & Política de privacidad