Moderne fysik
Indespærring på kerneskala
For 100 MeV-fotonen ved 1 fm er pγ = E/c en impuls-skala; Δp_min = ℏ/(2Δx), så Δx·Δp = ℏ/2 her.
Indespærring på kerneskala — interaktiv Moderne fysik-simulation. For 100 MeV-fotonen ved 1 fm er pγ = E/c en impuls-skala; Δp_min = ℏ/(2Δx), så Δx·Δp = ℏ/2 her. Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.
Nuklear indespærring
pγ = E/c adskiller sig fra Δp_min = ℏ/(2Δx); her er Δx·Δp = ℏ/2.
For 100 MeV-fotonen ved 1 fm er pγ = E/c en impulsskala; Δp_min = ℏ/(2Δx), så her er Δx·Δp = ℏ/2.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Høj impuls
Undersøgelsesoplæg
Planlæg spørgsmålet, før du åbner laboratoriet
Resuméet spejler den forhåndsrenderede side: drivende spørgsmål, konkurrerende forudsigelser, variablernes roller, styrende love, opsætning, analyse- og udvidelsesspørgsmål forbliver synlige og i denne rækkefølge.
Drivende spørgsmål
Hvis du forsøgte at indespærre en foton inden for en enkelt atomkerne (omkring et femtometer tværs), kræver ubestemthedsrelationen en enorm minimumsimpulsubestemthed. Hjælper dette med til at forklare, hvorfor frie elektroner aldrig findes INDE i en atomkerne?
Forudsigelser at afveje
- Ubestemthedsrelationen gælder ikke på kerneskalaer.
- Indespærring på kerneskala ville kræve en usædvanligt lille impulsubestemthed.
- Ja — at indespærre en vilkårlig let partikel på kerneskala ville kræve en impulsubestemthed (og dermed energi), der er langt større end det, der faktisk observeres at slippe ud af kerner, hvilket udelukker elektroner, der lever indeni.
Variablers roller
Det, du indstiller:
- Indespæringsområde Δx (nm)
Det, du måler:
- Impulsubestemthed Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
Sådan forløber undersøgelsen
- Åbn forudstillingen gamma-confinement, og tryk på Nulstil. Denne forudstilling modellerer en 100 MeV-foton indespærret nær femtometer- (10⁻¹⁵ m) skala.
- Slå aflæsningen af minimumsimpulsubestemthed til.
- Indstil indespærrelsesområdet Δx for hver måling (tæt på kerneskala), og registrér den mindst mulige impulsubestemthed.
Styrende ligning
Ubestemthed på kerneskala — Δx·Δp ≥ ℏ/2
At indespærre en vilkårlig partikel — inklusive en masseløs foton — inden for Δx ≈ 10⁻¹⁵ m kræver en minimumsimpulsubestemthed Δp ≥ ℏ/(2Δx) af størrelsesordenen 10⁻²⁰ kg·m/s, svarende til energier, der langt overstiger det, der observeres for partikler, der faktisk findes inde i kerner.
Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud
- Beregn for én måling Δp_min = ℏ/(2Δx) med ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Sammenlign med tabellen — bemærk, at disse værdier er omkring 10⁵ gange større end i heisenberg-electron-eksperimentet, fordi Δx her er omkring 10⁵ gange mindre.
- For en foton hænger impuls sammen med energi via p = E/c. Forklar, hvordan omregning af dine Δp_min-værdier til en tilsvarende minimumsenergiubestemthed (gang med c) hjælper med til at begrunde, hvorfor partikler indespærret på kerndimensioner må bære en enorm minimumsenergi — tiere af MeV, som matcher dette eksperiments 100 MeV-foton.
Hvor det viser sig uden for laboratoriet
- Historisk set overvejede fysikere engang, om elektroner udsendt ved betahenfald var 'gemt inde i' kernen på forhånd. Dette ubestemthedsargument (elektroner indespærret på kerneskala ville skulle have langt mere energi, end betahenfaldselektroner faktisk har) var et nøglebevis for, at elektroner i stedet SKABES i selve henfaldsøjeblikket og ikke på forhånd findes inde i kernen.
- I modsætning til elektronen i heisenberg-electron modellerer dette eksperiment eksplicit en masseløs foton og bruger impulsen p = E/c i stedet for p = √(2mK). Forklar, hvorfor en fotons impulsformel nødvendigvis må være anderledes end en massiv partikels.
- 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
- Velkommen til Gamma-inespærring
- Vælg ubestemthedsopstillingen
- Tryk på Afspil
- Grænse for kernestørrelse
- Åbn egenskabspanelet
- Du klarede det!
Åbn den interaktive simulation for at bygge scenen, tryk på Afspil og udforsk med live-målinger og en guidet gennemgang.
Åbn interaktivt laboratorium →