Física moderna
Confinament a escala nuclear
Per al fotó de 100 MeV a 1 fm, pγ = E/c és una escala de quantitat de moviment; Δp_min = ℏ/(2Δx), per tant aquí Δx·Δp = ℏ/2.
Confinament a escala nuclear — simulació interactiva de Física moderna. Per al fotó de 100 MeV a 1 fm, pγ = E/c és una escala de quantitat de moviment; Δp_min = ℏ/(2Δx), per tant aquí Δx·Δp = ℏ/2. Laboratori virtual de física gratuït al navegador, amb mesures SI en directe i tutorial guiat.
Confinament nuclear
pγ = E/c difereix de Δp_min = ℏ/(2Δx); aquí Δx·Δp = ℏ/2.
Per al fotó de 100 MeV a 1 fm, pγ = E/c és una escala de quantitat de moviment; Δp_min = ℏ/(2Δx), per tant aquí Δx·Δp = ℏ/2.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Quantitat de moviment alta
Resum de la investigació
Planifica la pregunta abans d'obrir el laboratori
El resum reflecteix la pàgina prerenderitzada: la pregunta conductora, les prediccions rivals, els rols de les variables, les lleis que governen, la configuració, l'anàlisi i les preguntes d'extensió es mantenen visibles i en aquest ordre.
Pregunta conductora
Si intentaressis confinar un fotó dins d'un sol nucli atòmic (d'un femtòmetre aproximadament), el principi d'incertesa exigeix una incertesa mínima de quantitat de moviment enorme. Ajuda això a explicar per què mai no es troben electrons lliures DINS d'un nucli?
Prediccions a valorar
- El principi d'incertesa no s'aplica a escales nuclears.
- Confinar a escala nuclear requeriria una incertesa de quantitat de moviment inusualment petita.
- Sí: confinar qualsevol partícula lleugera a escala nuclear requeriria una incertesa de quantitat de moviment (i per tant energia) molt més gran que l'observada realment escapolint-se dels nuclis, descartant electrons vivint-hi dins.
Rols de les variables
El que tu defines:
- Regió de confinament Δx (nm)
El que tu mesures:
- Incertesa de la quantitat de moviment Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
Com funciona la investigació
- Obre el predefinit «Confinar un fotó gamma a escala nuclear» i prem Restableix. Aquest predefinit modela un fotó de 100 MeV confinat a prop de l'escala de femtòmetre (10⁻¹⁵ m).
- Activa la lectura d'incertesa mínima de quantitat de moviment.
- Defineix la regió de confinament Δx per a cada prova (a prop de l'escala nuclear) i enregistra la incertesa mínima possible de quantitat de moviment.
Equació governant
Incertesa a escala nuclear — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Confinar qualsevol partícula — incloent-hi un fotó sense massa — dins de Δx ≈ 10⁻¹⁵ m exigeix una incertesa mínima de quantitat de moviment Δp ≥ ℏ/(2Δx) de l'ordre de 10⁻²⁰ kg·m/s, corresponent a energies molt per sobre de les observades per a partícules trobades realment dins dels nuclis.
El que el full imprimible demana treballar a l'alumne
- Per a una prova, calcula Δp_min = ℏ/(2Δx) amb ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Compara-ho amb la taula: fixa't que aquests valors són unes 10⁵ vegades més grans que els de l'experiment «El principi d'incertesa de Heisenberg», perquè Δx aquí és unes 10⁵ vegades més petit.
- Per a un fotó, la quantitat de moviment es relaciona amb l'energia per p = E/c. Explica com convertir els teus valors Δp_min a una incertesa mínima d'energia equivalent (multiplicant per c) ajuda a justificar per què les partícules confinades a dimensions nuclears han de portar energies mínimes enormes — desenes de MeV, coincidint amb el fotó de 100 MeV d'aquest experiment.
On apareix això més enllà del laboratori
- Històricament, els físics es preguntaven si els electrons emesos en la desintegració beta estaven «emmagatzemats dins» del nucli prèviament. Aquest argument del principi d'incertesa (electrons confinats a escala nuclear necessitarien molta més energia de la que tenen realment els electrons beta) va ser evidència clau que els electrons es CREEN al moment de la desintegració, no preexistint dins del nucli.
- A diferència de l'electró de heisenberg-electron, aquest experiment modela explícitament un fotó sense massa, fent servir la quantitat de moviment p = E/c en lloc de p = √(2mK). Explica per què la fórmula de la quantitat de moviment d'un fotó ha de ser diferent de la d'una partícula massiva.
- 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
- Benvingut a Confinament gamma
- Selecciona la configuració d'incertesa
- Prem Reprodueix
- Límit de mida nuclear
- Obre el panell de Propietats
- Ho has aconseguit!
Obre la simulació interactiva per construir l'escena, prem Reprodueix i explora amb mesures en directe i un tutorial guiat.
Obre el laboratori interactiu →
Descarrega el full de treball →