Physique moderne
Confinement à l'échelle nucléaire
Pour le photon de 100 MeV à 1 fm, pγ = E/c est une échelle de quantité de mouvement ; Δp_min = ℏ/(2Δx), donc ici Δx·Δp = ℏ/2.
Confinement à l'échelle nucléaire — simulation interactive de Physique moderne. Pour le photon de 100 MeV à 1 fm, pγ = E/c est une échelle de quantité de mouvement ; Δp_min = ℏ/(2Δx), donc ici Δx·Δp = ℏ/2. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.
Confinement nucléaire
pγ = E/c diffère de Δp_min = ℏ/(2Δx) ; ici Δx·Δp = ℏ/2.
Pour le photon de 100 MeV à 1 fm, pγ = E/c est une échelle de quantité de mouvement ; Δp_min = ℏ/(2Δx), donc ici Δx·Δp = ℏ/2.
- Principe d'incertitude ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Quantité de mouvement élevée
Mémoire d'enquête
Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire
Le brief reprend la page pré-rendue : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.
Question de conduite
Si vous essayez de confiner un photon dans un seul noyau atomique (environ un femtomètre de diamètre), le principe d'incertitude exige une énorme incertitude de quantité de mouvement minimale. Cela aide-t-il à expliquer pourquoi les électrons libres ne se trouvent jamais à l’INTÉRIEUR d’un noyau ?
Des pronostics à peser
- Le principe d'incertitude ne s'applique pas à l'échelle nucléaire.
- Le confinement à l’échelle nucléaire nécessiterait une incertitude de dynamique inhabituellement faible.
- Oui, confiner n'importe quelle particule légère à l'échelle nucléaire nécessiterait une incertitude de quantité de mouvement (et donc d'énergie) bien plus grande que ce qui est réellement observé s'échappant des noyaux, excluant ainsi les électrons vivant à l'intérieur.
Rôles variables
Ce que vous définissez :
- Région de confinement Δx (nm)
Ce que vous mesurez :
- Incertitude de quantité de mouvement Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
Comment se déroule l'enquête
- Ouvrez le préréglage gamma-confinement et appuyez sur Réinitialiser. Ce préréglage modélise un photon 100 MeV confiné à une échelle proche du femtomètre (10⁻¹⁵ m).
- Activez la lecture de l’incertitude de moment minimum.
- Réglez la région de confinement Δx pour chaque essai (à l'échelle nucléaire) et notez l'incertitude minimale possible sur la quantité de mouvement.
Équation gouvernante
Incertitude à l’échelle nucléaire — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Confiner n'importe quelle particule - y compris un photon sans masse - à l'intérieur de Δx ≈ 10⁻¹⁵ m exige une incertitude minimale sur l'impulsion Δp ≥ ℏ/(2Δx) de l'ordre de 10⁻²⁰ kg·m/s, correspondant à des énergies dépassant de loin celles observées pour les particules réellement trouvées à l'intérieur des noyaux.
Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre
- Pour un essai, calculez Δp_min = ℏ/(2Δx) en utilisant ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Comparez avec le tableau - remarquez que ces valeurs sont environ 10⁵ fois plus grandes que celles de l'expérience avec électrons de Heisenberg, car Δx ici est environ 10⁵ fois plus petit.
- Pour un photon, la quantité de mouvement est lié à l'énergie par p = E/c. Expliquez comment la conversion de vos valeurs Δp_min en une incertitude d'énergie minimale équivalente (multipliée par c) aide à justifier pourquoi les particules confinées aux dimensions nucléaires doivent transporter une énergie minimale énorme - des dizaines de MeV, correspondant au photon 100 MeV de cette expérience.
Où cela apparaît au-delà du laboratoire
- Historiquement, les physiciens se demandaient autrefois si les électrons émis lors de la désintégration bêta étaient au préalable « stockés à l'intérieur » du noyau. Cet argument fondé sur le principe d'incertitude (les électrons confinés à l'échelle nucléaire auraient besoin de beaucoup plus d'énergie que les électrons de désintégration bêta n'en ont réellement) était la preuve clé que les électrons sont plutôt CRÉÉS au moment de la désintégration, et non préexistants à l'intérieur du noyau.
- Contrairement à l'électron de l'électron de Heisenberg, cette expérience modélise explicitement un photon sans masse, en utilisant l'impulsion p = E/c au lieu de p = √(2mK). Expliquez pourquoi la formule de l'impulsion d'un photon doit être différente de celle d'une particule massive.
- 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
- Bienvenue dans le confinement gamma
- Sélectionnez le montage d'incertitude
- Appuyez sur Lecture
- Limite de taille nucléaire
- Ouvrez l'Inspecteur
- Bravo !
Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.
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