Gamma-footoni piiramine tuuma skaalasse

1 · Ennusta

Kui sa püüaksid footonit piirata üksiku aatomituuma sisse (umbes femtomeeter läbimõõduga), nõuab määramatuse printsiip tohutut minimaalset impulsi määramatust. Kas see aitab selgitada, miks vabad elektronid ei leidu kunagi tuuma SEEST?

• Määramatuse printsiip ei rakendu tuuma skaaladel.
• Tuuma skaalasse piiramine nõuaks ebatavaliselt väikest impulsi määramatust.
• Jah — mis tahes kerge osakese piiramine tuuma skaalasse nõuaks impulsi määramatust (ja seega energiat), mis on palju suurem kui tuumadest tegelikult põgenevalt täheldatud, välistades elektronid tuuma sees elamast.

2 · Seadista

1. Ava gamma-piiramise eelseadistus ja vajuta Lähtesta. See eelseadistus modelleerib 100 MeV footonit, piiratuna femtomeetri (10⁻¹⁵ m) skaala lähedal.
2. Lülita sisse minimaalse impulsi määramatuse näit.
3. Sea iga katse jaoks piiramispiirkond Δx (tuuma skaala lähedal) ja kirjsta üles minimaalne võimalik impulsi määramatus.

3 · Kogu andmeid

Joonista Δp (y-telg) 1/Δx (x-telg) suhtes oma kolme katse jaoks.

4 · Analüüsi

1. Arvuta ühes katses Δp_min = ℏ/(2Δx), kasutades ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Võrdle tabeliga — pane tähele, et need väärtused on umbes 10⁵ korda suuremad kui heisenberg-elektroni eksperimendi omad, sest Δx on siin umbes 10⁵ korda väiksem.
2. Footoni jaoks seostub impulss energiaga kui p = E/c. Selgita, kuidas sinu Δp_min väärtuste teisendamine samaväärseks minimaalseks energiamääramatuseks (korruta c-ga) aitab põhjendada, miks tuumamõõtmetesse piiratud osakesed peavad kandma tohutut minimaalset energiat — kümneid MeV, kattudes selle eksperimendi 100 MeV footoniga.

5 · Laienda

1. Ajalooliselt arvasid füüsikud kunagi, kas beetalagunemises emiteeritud elektronid olid eelnevalt „tuuma sees salvestatud“. See määramatuse printsiibi argument (elektronid, kes on piiratud tuuma skaalasse, vajaksid palju rohkem energiat kui beetalagunemise elektronidel tegelikult on) oli võtmetõend, et elektronid pigem LOOVAD lagunemise hetkel, mitte ei eksisteeri enne tuuma sees.
2. Erinevalt elektronist heisenberg-elektroni eksperimendis modelleerib see eksperiment ilmutatult massita footonit, kasutades impulssi p = E/c pigem kui p = √(2mK). Selgita, miks footoni impulsi valem peab olema massiivse osakese omast erinev.

Selle eksperimendi füüsika

← Tagasi eksperimendi juurde

138 tasuta prinditavat füüsika töölehte