Confinare un fotone gamma su scala nucleare

1 · Prevedi

Confínando un fotone dentro un nucleo (~un femtometro), il principio esige un Δp minimo enorme. Questo aiuta a spiegare perché elettroni liberi non si trovano MAI dentro un nucleo?

• Il principio non si applica su scala nucleare.
• Servirebbe un Δp insolitamente piccolo.
• Sì: confinare una particella leggera su scala nucleare richiederebbe Δp (e quindi energia) di gran lunga superiore a quanto osservato, escludendo elettroni «residenti».

2 · Configurazione

1. Apri il preset gamma-confinement e premi Reimposta. Modella un fotone da 100 MeV confinato su scala di femtometri (10⁻¹⁵ m).
2. Attiva la lettura del minimo Δp.
3. Imposta Δx (vicino alla scala nucleare) per ogni prova e registra il minimo Δp.

3 · Raccogli dati

Traccia Δp (asse y) contro 1/Δx (asse x) per le tre prove.

4 · Analizza

1. Per una prova, calcola Δp_min = ℏ/(2Δx) usando ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Confronta con la tabella — nota che questi valori sono decine di migliaia di volte più grandi dell'esperimento heisenberg-electron, perché Δx qui è un fattore comparabilmente più piccolo (confinamento femtometro versus nanometro).
2. Per un fotone, la quantità di moto si lega all'energia tramite p = E/c. Spiega come convertire i tuoi valori Δp_min in un'incertezza minima di energia equivalente (moltiplicando per c) aiuti a giustificare perché particelle confinata a dimensioni nucleari debbano trasportare enormi energie minime — decine di MeV, in linea con il fotone da 100 MeV di questo esperimento.

5 · Estendi

1. Storicamente ci si chiedeva se gli elettroni del decadimento beta fossero «conservati» nel nucleo. L'argomento d'indeterminazione (serve molta più energia di quanta ne abbiano) fu la prova chiave che vengono CREATI al momento del decadimento.
2. A differenza dell'elettrone di heisenberg-electron, questo esperimento modella esplicitamente un fotone privo di massa, usando la quantità di moto p = E/c invece di p = √(2mK). Spiega perché la formula della quantità di moto di un fotone dev'essere diversa da quella di una particella massiva.

La fisica dietro questo esperimento

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