狭义相对论的实验验证子实验

　　在很早以前，物理学家已经发现了许多高能粒子，它们的速度有的高达0.995倍光速。
　　我们的主角登场了：μ子。
　　μ子是一种标准粒子，它带有 负电荷 以及及 1/2 的 自旋，静止质量是电子的207倍，它的静止寿命只有2.2微秒，在粒子家族中已经算长寿的了：
　　μ子
　　进行粒子实验用的高能粒子对撞机
　　标准粒子模型
　　在某个明朗的夜空，它就会在地球6~7km左右的地方现身，然后落向地面。
　　60，70年代的科学前辈是怎么知道这个现象的呢：他们不仅在地面布局观察，而且会把检测仪器用热气球送上天寻找新的粒子，够专业吧？
　　用热气球去大气上方探测新粒子
　　根据实验观测，静止时的μ子从产生到衰变，平均只需要2微秒 。高速μ子从地球落下，却能穿过大气被实验探测到，这让人们感到很奇怪，为什么呢？
　　μ子寿命太短，走600米根本到不了地球
　　μ子寿命太短，走600米根本到不了地球，地面上的检测仪器按道理不会检测到它，然而实际却能检测到。
　　于是有人用狭义相对论解释了，他说道，高速μ子速度接近0.995c，必须考虑相对论效应：
　　速
　　如果μ子相对于我们的时间是20μs，它就能走过6000m，这样恰好能到达地球！
　　这个解释精妙无比，不过还是遭来部分民科的反对，怎么办呢？于是物理学家福瑞斯和斯密斯在华盛顿山实验室和哈佛大学实验室进行了联合实验，他们的目的是实测这个高速μ子的平均寿命是否在20微秒附近，和狭义相对论预言的结果究竟有没有差池？ 不过为了减小误差， 他们决定测量洛伦兹因子， 测量这个洛伦兹因子和测量平均寿命是一个道理：
　　洛伦兹因子理论表达式
　　他们具体是怎么做呢？
　　首先，宇宙粒子没办法单个测量，为什么呢？（一部分原因是设备跟不上，另一部分原因是粒子本身的不确定性有关），许多粒子只服从统计学规律：
　　这个公式太经典了，你也许在大学课本上经常见到类似的
　　我们把洛伦兹因子引入实验中，在实验中我们不管上面它究竟怎么算，直接实验测γ是多少 ：
　　这个公式怎么理解呢？ 度过了t秒的时间后，一堆粒子按照e衰减，从n0减少到了n个。说句题外话，e指数下降这个规律非常常见，聪明的读者一定能在日常生活中发现它。
　　e指函数衰减的大概图像
　　辐射相关的衰减规律也是e指函数
　　咱们回归主题，继续讲实验：因为μ子衰变是e指衰减律，所以μ子随时间增大而减少，两位科学家同时开启了两个实验室的探测机器，他们先上华盛顿山，测出山顶的天空中落下563个μ子，然后下山看山下实验室的情况，测出来408个μ子，这下n0和n就都知道了，这俩数被记录进了人类发展的史册中。
　　μ子隧穿模型
　　我们知道，静止时μ子平均寿命τ02.2微秒，这个结论人们在相对论预言之前就发现了。
　　他们又测出山顶与地面的高度差为1907m，于是算出时间
　　这个t就是粒子从n0到n度过的时间
　　于是我们把这几个值代入那个统计物理公式：
　　我们解这个方程（相信大家都会解）：
　　于是，我们称这个洛伦兹因子γ是实验测定的γ，而爱因斯坦预言的γ是多少呢？
　　实验和相对论预言的相差在合理的范围内，经过可信度检测，我们知道了狭义相对论是正确的，是符合客观事实的。μ子在自己的时间里走了600m，别人看它却走了6000m。μ子自己的寿命只有2.2微秒，别人看来却是20微秒。这个优美的实验同时验证了钟慢效应和尺缩效应：。
　　爱因斯坦：我又对了，没想到吧？