Съвременна физика
Ограничение в ядрен мащаб
За фотона от 100 MeV при 1 fm, pγ = E/c е мащаб на импулса; Δp_min = ℏ/(2Δx), така че тук Δx·Δp = ℏ/2.
Ограничение в ядрен мащаб — интерактивна симулация Съвременна физика. За фотона от 100 MeV при 1 fm, pγ = E/c е мащаб на импулса; Δp_min = ℏ/(2Δx), така че тук Δx·Δp = ℏ/2. Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.
Ядрено ограничение
pγ = E/c се различава от Δp_min = ℏ/(2Δx); тук Δx·Δp = ℏ/2.
За фотона от 100 MeV при 1 fm, pγ = E/c е мащаб на импулса; Δp_min = ℏ/(2Δx), така че тук Δx·Δp = ℏ/2.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Висок импулс
Резюме на изследването
Планирай въпроса, преди да отвориш лабораторията
Краткото описание повтаря пререндерираната страница: водещият въпрос, съперничещите предсказвания, ролите на променливите, управляващите закони, постановката, анализът и разширяващите подсказки остават видими и в този ред.
Водещ въпрос
Ако се опиташ да ограничиш фотон в рамките на едно атомно ядро (около фемтометър), принципът на неопределеността изисква огромна минимална неопределеност на импулса. Помага ли това да се обясни защо свободни електрони никога не се намират ВЪТРЕ в ядро?
Предсказвания за преценка
- Принципът на неопределеността не се прилага на ядрени мащаби.
- Ограничаването до ядрен мащаб би изисквало необичайно малка неопределеност на импулса.
- Да — ограничаването на която и да е лека частица до ядрен мащаб би изисквало неопределеност на импулса (а оттам енергия), далеч по-голяма от наблюдаваната да изтича от ядрата, изключвайки електрони, живеещи вътре.
Роли на променливите
Какво задаваш ти:
- Област на ограничение Δx (nm)
Какво измерваш:
- Неопределеност на импулса Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
Как протича изследването
- Отвори настройката гама ограничение и натисни Нулирай. Тази настройка моделира фотон 100 MeV, ограничен близо до фемтометров (10⁻¹⁵ m) мащаб.
- Включи показанието за минимална неопределеност на импулса.
- Задай областта на ограничение Δx за всеки опит (близо до ядрен мащаб) и запиши минималната възможна неопределеност на импулса.
Управляващо уравнение
Неопределеност на ядрен мащаб — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Ограничаването на която и да е частица — включително безмасов фотон — в рамките на Δx ≈ 10⁻¹⁵ m изисква минимална неопределеност на импулса Δp ≥ ℏ/(2Δx) от порядъка на 10⁻²⁰ kg·m/s, съответстваща на енергии, далеч надвишаващи наблюдаваните за частици, реално намиращи се в ядра.
Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист
- За един опит изчисли Δp_min = ℏ/(2Δx) с ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Сравни с таблицата — забележи, че тези стойности са около 10⁵ пъти по-големи от тези на експеримента електрон на Хайзенберг, понеже Δx тук е около 10⁵ пъти по-малко.
- За фотон импулсът се свързва с енергията чрез p = E/c. Обясни как превръщането на стойностите ти Δp_min в еквивалентна минимална енергийна неопределеност (умножи по c) помага да се обоснове защо частици, ограничени до ядрени размери, трябва да носят огромна минимална енергия — десетки MeV, съответстващи на фотона 100 MeV на този експеримент.
Къде това се появява извън лабораторията
- Исторически физиците се чудели дали електроните, излъчвани при бета разпад, не са били „съхранявани вътре“ в ядрото предварително. Този аргумент с принципа на неопределеността (електрони, ограничени до ядрен мащаб, би трябвало да имат далеч повече енергия, отколкото електроните при бета разпад реално имат) е ключово доказателство, че електроните вместо това се СЪЗДАВАТ в момента на разпада, а не предварително съществуват в ядрото.
- За разлика от електрона в електрон на Хайзенберг, този експеримент изрично моделира безмасов фотон, ползвайки импулс p = E/c вместо p = √(2mK). Обясни защо формулата за импулс на фотон трябва да е различна от тази на масивна частица.
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — E.2 Quantum physics
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- Добре дошъл при гама ограничението
- Избери постановката за неопределеност
- Натисни Пусни
- Граница на ядрен размер
- Отвори панела Свойства
- Справи се!
Отвори интерактивната симулация, за да изградиш сцената, натисни Пусни и разгледай с живи измервания и насочено упътване.
Отвори интерактивната лаборатория →