Περιορισμός φωτονίου γάμα σε πυρηνική κλίμακα

1 · Πρόβλεψε

Αν προσπαθούσες να περιορίσεις φωτόνιο εντός μεμονωμένου ατομικού πυρήνα (περίπου ένα φεττομέτρο πλάτος), η αρχή απροσδιοριστίας απαιτεί τεράστια ελάχιστη αβεβαιότητα ορμής. Βοηθά αυτό να εξηγήσεις γιατί τα ελεύθερα ηλεκτρόνια δεν βρίσκονται ποτέ ΜΕΣΑ σε πυρήνα;

• Η αρχή απροσδιοριστίας δεν εφαρμόζεται σε πυρηνικές κλίμακες.
• Ο περιορισμός σε πυρηνική κλίμακα θα απαιτούσε ασυνήθιστα μικρή αβεβαιότητα ορμής.
• Ναι — ο περιορισμός οποιουδήποτε ελαφρού σωματιδίου σε πυρηνική κλίμακα θα απαιτούσε αβεβαιότητα ορμής (και άρα ενέργεια) πολύ μεγαλύτερη από ό,τι παρατηρείται πραγματικά να διαφεύγει πυρήνων, αποκλείοντας ηλεκτρόνια να ζουν μέσα.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή gamma-confinement και πάτησε Επαναφορά. Αυτή η προεπιλογή μοντελοποιεί φωτόνιο 100 MeV περιορισμένο κοντά σε κλίμακα φεττομέτρου (10⁻¹⁵ m).
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη ελάχιστης αβεβαιότητας ορμής.
3. Ρύθμισε την περιοχή περιορισμού Δx για κάθε δοκιμή (κοντά σε πυρηνική κλίμακα) και κατέγραψε την ελάχιστη δυνατή αβεβαιότητα ορμής.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε το Δp (άξονας y) έναντι του 1/Δx (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου.

4 · Ανάλυση

1. Για μία δοκιμή, υπολόγισε Δp_min = ℏ/(2Δx) χρησιμοποιώντας ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Σύγκρινε με τον πίνακα — πρόσεξε ότι αυτές οι τιμές είναι περίπου 10⁵ φορές μεγαλύτερες από του πειράματος heisenberg-electron, επειδή το Δx εδώ είναι περίπου 10⁵ φορές μικρότερο.
2. Για φωτόνιο, η ορμή σχετίζεται με την ενέργεια κατά p = E/c. Εξήγησε πώς η μετατροπή των τιμών Δp_min σου σε ισοδύναμη ελάχιστη αβεβαιότητα ενέργειας (πολλαπλασιασμός επί c) βοηθά να δικαιολογηθεί γιατί σωματίδια περιορισμένα σε πυρηνικές διαστάσεις πρέπει να μεταφέρουν τεράστια ελάχιστη ενέργεια — δεκάδες MeV, ταιριάζοντας με το φωτόνιο 100 MeV αυτού του πειράματος.

5 · Επέκταση

1. Ιστορικά, οι φυσικοί κάποτε αναρωτιόντουσαν αν τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται σε διάσπαση βήτα ήταν «αποθηκευμένα μέσα» στον πυρήνα εκ των προτέρων. Αυτό το επιχείρημα αρχής απροσδιοριστίας (ηλεκτρόνια περιορισμένα σε πυρηνική κλίμακα θα χρειάζονταν πολύ περισσότερη ενέργεια από όση έχουν πραγματικά τα ηλεκτρόνια διάσπασης βήτα) ήταν βασικό τεκμήριο ότι τα ηλεκτρόνια αντίθετα ΔΗΜΙΟΥΡΓΟΥΝΤΑΙ τη στιγμή της διάσπασης, δεν προϋπάρχουν μέσα στον πυρήνα.
2. Σε αντίθεση με το ηλεκτρόνιο στο heisenberg-electron, αυτό το πείραμα μοντελοποιεί ρητά άμαζο φωτόνιο, χρησιμοποιώντας ορμή p = E/c αντί p = √(2mK). Εξήγησε γιατί ο τύπος ορμής φωτονίου πρέπει να είναι διαφορετικός από σωματιδίου με μάζα.

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής