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?

• 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.

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

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

4 · Analysoi

1. 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.
2. 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.

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

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia