Moderni fysiikka
Ydinmittakaavan rajoitus
100 MeV fotonille kohdassa 1 fm, pγ = E/c on liikemäärän mittakaava; Δp_min = ℏ/(2Δx), joten Δx·Δp = ℏ/2 tässä.
Ydinmittakaavan rajoitus – interaktiivinen Moderni fysiikka-simulaatio. 100 MeV fotonille kohdassa 1 fm, pγ = E/c on liikemäärän mittakaava; Δp_min = ℏ/(2Δx), joten Δx·Δp = ℏ/2 tässä. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.
Ydinrajoitus
pγ = E/c eroaa arvosta Δp_min = ℏ/(2Δx); tässä Δx·Δp = ℏ/2.
100 MeV fotonille kohdassa 1 fm, pγ = E/c on liikemäärän mittakaava; Δp_min = ℏ/(2Δx), joten Δx·Δp = ℏ/2 tässä.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Suuri liikemäärä
Tutkimustiivistelmä
Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista
Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.
Tutkimuskysymys
Jos yrittäisit rajoittaa fotonin yhden atomiytimen sisälle (noin femtometrin levyinen), epätarkkuusperiaate vaatii valtavan minimin liikemääräepätarkkuudelle. Auttaako tämä selittämään, miksi vapaita elektroneja ei koskaan löydetä SISÄLTÄ ytimen?
Punniteltavat ennusteet
- Epätarkkuusperiaate ei päde ytimen mittakaavassa.
- Rajaaminen ytimen mittakaavaan vaatisi epätavallisen pienen liikemääräepätarkkuuden.
- Kyllä – minkä tahansa kevyen hiukkasen rajaaminen ytimen mittakaavaan vaatisi liikemääräepätarkkuuden (ja siten energian), joka on paljon suurempi kuin mitä oikeasti havaitaan ytimistä pakenevan, sulkeen pois elektronit, jotka asuisivat sisällä.
Muuttujien roolit
Mitä asetat:
- Rajoitusalue Δx (nm)
Mitä mittaat:
- Liikemääräepätarkkuus Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
Miten tutkimus etenee
- Avaa gammarajoitus-esiasetus ja paina Nollaa. Tämä esiasetus mallintaa 100 MeV fotonia rajoitettuna lähelle femtometriä (10⁻¹⁵ m).
- Ota käyttöön pienimmän liikemääräepätarkkuuden lukema.
- Aseta rajoitusalue Δx jokaiselle suoritukselle (lähellä ytimen mittakaavaa) ja kirjaa pienin mahdollinen liikemääräepätarkkuus.
Hallitseva yhtälö
Epätarkkuus ytimen mittakaavassa — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Minkä tahansa hiukkasen – myös massattoman fotonin – rajaaminen arvoon Δx ≈ 10⁻¹⁵ m vaatii minimin liikemääräepätarkkuuden Δp ≥ ℏ/(2Δx) suuruusluokkaa 10⁻²⁰ kg·m/s, vastaavia energioita, jotka ylittävät paljon sen, mitä havaitaan ytimien sisällä oikeasti löydetyille hiukkasille.
Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään
- Yhdelle suoritukselle laske Δp_min = ℏ/(2Δx) arvolla ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Vertaa taulukkoon – huomaa, että nämä arvot ovat noin 10⁵ kertaa suurempia kuin heisenberg-electron-kokeen, koska Δx tässä on noin 10⁵ kertaa pienempi.
- Fotonille liikemäärä suhtautuu energiaan kaavalla p = E/c. Selitä, miten Δp_min-arvojesi muuntaminen vastineeksi minimin energiaepätarkkuudeksi (kerro c:llä) auttaa perustelemaan, miksi ytimen mittaisiin ulottuvuuksiin rajoitetut hiukkaset kantavat valtavia minimienergioita – kymmeniä MeV, vastaten tämän kokeen 100 MeV fotonia.
Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella
- Historiallisesti fyysikot miettivät joskus, varastoitiinko beetahajoamisessa emitoituvat elektronit ytimen sisään etukäteen. Tämä epätarkkuusperiaate-argumentti (ytimen mittakaavaan rajoitetut elektronit vaatisivat paljon enemmän energiaa kuin beetahajoamiselektronien oikeasti on) oli keskeinen todiste siitä, että elektronit sen sijaan LUODAAN hajoamishetkellä, eivätkä ole etukäteen olemassa ytimen sisällä.
- Toisin kuin elektroni heisenberg-electron-kokeessa, tämä koe mallintaa eksplisiittisesti massattoman fotonin, käyttäen liikemäärää p = E/c arvon p = √(2mK) sijaan. Selitä, miksi fotonin liikemääräkaavan on oltava eri kuin massiivisen hiukkasen.
- 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
- Tervetuloa gammarajoitukseen
- Valitse epätarkkuusjärjestely
- Paina Toista
- Ytimen koon raja
- Avaa Ominaisuudet-paneeli
- Onnistuit!
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →