Confinar un fotó gamma a escala nuclear

1 · Prediu

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?

2 · Configura

  1. 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).
  2. Activa la lectura d'incertesa mínima de quantitat de moviment.
  3. 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.

3 · Recull dades

Regió de confinament Δx (nm)Incertesa de la quantitat de moviment Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
5.00e-7
1.00e-6
2.00e-6

Representa Δp (eix y) contra 1/Δx (eix x) per a les tres proves.

4 · Analitza

  1. 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.
  2. 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.

5 · Amplia

  1. 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.
  2. 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.

La física al darrere d'aquest experiment

Incertesa a escala nuclear

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.

← Torna a l'experiment

Física moderna

138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles