Ограничаване на гама-фотон до ядрен мащаб

1 · Предскажи

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?

• 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.

2 · Постановка

1. Отвори настройката гама ограничение и натисни Нулирай. Тази настройка моделира фотон 100 MeV, ограничен близо до фемтометров (10⁻¹⁵ m) мащаб.
2. Включи показанието за минимална неопределеност на импулса.
3. Задай областта на ограничение Δx за всеки опит (близо до ядрен мащаб) и запиши минималната възможна неопределеност на импулса.

3 · Събери данни

Чертай Δp (ос y) спрямо 1/Δx (ос x) за трите си опита.

4 · Анализирай

1. 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.
2. 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.

5 · Надгради

1. 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.
2. 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.

Физиката зад този експеримент

← Назад към експеримента

138 безплатни работни листа по физика за печат