Uzavření fotonu gama do jaderného měřítka

1 · Predikuj

Kdybys se pokusil uzavřít foton do jediného atomového jádra (asi femtometru), princip neurčitosti vyžaduje obrovskou minimální neurčitost hybnosti. Pomáhá to vysvětlit, proč volné elektrony se nikdy nenachází UVNITŘ jádra?

2 · Sestavení

  1. Otevři předvolbu gamma-confinement a stiskni Resetovat. Tato předvolba modeluje foton 100 MeV uzavřený poblíž femtometrové (10⁻¹⁵ m) škály.
  2. Zapni odečet minimální neurčitosti hybnosti.
  3. Nastav oblast konfinace Δx pro každý pokus (poblíž jaderné škály) a zapiš minimální možnou neurčitost hybnosti.

3 · Sbírej data

Oblast uzavření Δx (nm)Nejistota hybnosti Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
5.00e-7
1.00e-6
2.00e-6

Vynes Δp (osa y) proti 1/Δx (osa x) pro své tři pokusy.

4 · Analyzuj

  1. Pro jeden pokus spočti Δp_min = ℏ/(2Δx) s ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Porovnej s tabulkou — všimni si, že tyto hodnoty jsou asi 10⁵krát větší než v experimentu heisenberg-electron, protože Δx je tady asi 10⁵krát menší.
  2. Pro foton se hybnost váže na energii přes p = E/c. Vysvětli, jak převod tvých hodnot Δp_min na ekvivalentní minimální neurčitost energie (vynásobením c) pomáhá zdůvodnit, proč částice uzavřené do jaderných rozměrů musí nést obrovskou minimální energii — desítky MeV, odpovídající fotonu 100 MeV tohoto experimentu.

5 · Rozšiř

  1. Historicky se fyzikové kdysi divili, zda elektrony emitované při beta rozpadu nebyly „uskladněny uvnitř“ jádra předem. Tento argument principu neurčitosti (elektrony uzavřené do jaderné škály by potřebovaly mnohem víc energie, než beta elektrony skutečně mají) byl klíčovým důkazem, že elektrony se naopak VYTVÁŘÍ v okamžiku rozpadu, nepřebývají uvnitř jádra.
  2. Na rozdíl od elektronu v heisenberg-electron tento experiment explicitně modeluje nehmotný foton, s hybností p = E/c místo p = √(2mK). Vysvětli, proč vzorec hybnosti fotonu musí být odlišný od vzorce hmotné částice.

Fyzika za tímto experimentem

Neurčitost v jaderném měřítku

Uzavření jakékoli částice — včetně nehmotného fotonu — do Δx ≈ 10⁻¹⁵ m vyžaduje minimální neurčitost hybnosti Δp ≥ ℏ/(2Δx) řádu 10⁻²⁰ kg·m/s, odpovídající energiím mnohem převyšujícím to, co je pozorováno u částic skutečně nacházených uvnitř jader.

← Zpět na experiment

Moderní fyzika

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky