Gammasäteilyn fotonin rajaaminen ytimen mittakaavaan

1 · Ennusta

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?

2 · Kokoa

  1. Avaa gammarajoitus-esiasetus ja paina Nollaa. Tämä esiasetus mallintaa 100 MeV fotonia rajoitettuna lähelle femtometriä (10⁻¹⁵ m).
  2. Ota käyttöön pienimmän liikemääräepätarkkuuden lukema.
  3. Aseta rajoitusalue Δx jokaiselle suoritukselle (lähellä ytimen mittakaavaa) ja kirjaa pienin mahdollinen liikemääräepätarkkuus.

3 · Kerää data

Rajoitusalue Δx (fm)Liikemääräepätarkkuus Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
1.00
2.00
4.00

Kuvaa Δp (y-akseli) arvoa 1/Δx vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi.

4 · Analysoi

  1. Yhdelle kokeelle laske Δp_min = ℏ/(2Δx) käyttäen ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Vertaa taulukkoon — huomaa, että nämä arvot ovat kymmenes tuhansia kertoja suurempia kuin Heisenberg-elektronikokeen arvot, koska Δx tässä on vastaavasti pienempi (femtometrinen vs nanometrinen rajoitus).
  2. Fotonille liikemäärä liittyy energiaan kaavalla p = E/c. Selitä, miten Δp_min-arvojesi muuntaminen vastaavaksi minimin energiaepätarkkuudeksi (kerro c:llä)…

5 · Laajenna

  1. 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.
  2. 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.

Tämän kokeen fysiikka

Epätarkkuus ytimen mittakaavassa

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.

← Takaisin kokeeseen

Moderni fysiikka

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia