현대 물리
원자핵 규모의 갇힘
1 fm에서의 100 MeV 광자에 대해 pγ = E/c는 운동량 척도이며, Δp_min = ℏ/(2Δx)이므로 여기서는 Δx·Δp = ℏ/2입니다.
원자핵 규모의 갇힘 — 인터랙티브 현대 물리 시뮬레이션. 1 fm에서의 100 MeV 광자에 대해 pγ = E/c는 운동량 척도이며, Δp_min = ℏ/(2Δx)이므로 여기서는 Δx·Δp = ℏ/2입니다. 실시간 SI 측정값과 안내형 튜토리얼을 제공하는 무료 브라우저 기반 가상 물리 실험실입니다.
핵 크기 한계
pγ = E/c는 Δp_min = ℏ/(2Δx)와 다르며 여기서는 Δx·Δp = ℏ/2입니다.
1 fm에서의 100 MeV 광자에 대해 pγ = E/c는 운동량 척도이며, Δp_min = ℏ/(2Δx)이므로 여기서는 Δx·Δp = ℏ/2입니다.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- 높은 운동량
조사 개요
랩을 열기 전에 질문을 계획하세요.
이 브리프는 사전 렌더링된 페이지를 반영합니다. 탐구 질문, 서로 다른 예측, 변수의 역할, 지배 법칙, 설정, 분석 및 확장 질문을 이 순서로 계속 표시합니다.
운전 질문
광자를 단일 원자핵(직경 약 펨토미터) 내에 가두려고 한다면 불확실성 원리는 엄청난 최소 운동량 불확실성을 요구합니다. 이것이 핵 내부에서 자유 전자가 발견되지 않는 이유를 설명하는 데 도움이 됩니까?
검토할 예측
- 불확정성 원리는 핵 규모에는 적용되지 않습니다.
- 핵 규모로 제한하려면 비정상적으로 작은 운동량 불확실성이 필요합니다.
- 그렇습니다. 가벼운 입자를 핵 규모로 제한하려면 핵에서 탈출하는 것이 실제로 관찰되는 것보다 훨씬 더 큰 운동량 불확실성(따라서 에너지)이 필요하므로 내부에 살고 있는 전자를 배제할 수 있습니다.
다양한 역할
설정하는 것:
- 제한 영역 Δx (nm)
측정하는 것:
- 운동량 불확도 Δp(×10⁻²⁰ kg·m/s)
실험 진행 방법
- gamma-confinement 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 이 사전 설정은 펨토미터(10⁻1⁵m) 규모에 가까운 100MeV 광자를 모델링합니다.
- 최소 운동량 불확정성 표시를 활성화하세요.
- 각 시행(핵 규모 근처)에 대해 제한 영역 Δx를 설정하고 가능한 최소 운동량 불확실성을 기록합니다.
지배방정식
핵 규모의 불확실성 — Δx·Δp ≥ ℏ/2
질량이 없는 광자를 포함하여 어떤 입자든 Δx ≈ 10⁻¹⁵ m 이내로 가두려면, 대략 10⁻²⁰ kg·m/s 규모의 최소 운동량 불확정성 Δp ≥ ℏ/(2Δx)가 필요하며, 이는 실제로 원자핵 내부에서 관측되는 입자들이 갖는 에너지를 훨씬 초과하는 에너지에 해당합니다.
인쇄용 실험지에서 학생이 계산할 내용
- 한 번의 시행에 대해 ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s를 사용하여 Δp_min = ℏ/(2Δx)를 계산합니다. 표와 비교해 보세요. 이 값은 heisenberg-electron 실험의 값보다 약 10⁵배 더 큽니다. 여기서 Δx는 약 10⁵배 더 작기 때문입니다.
- 광자의 경우 운동량은 p = E/c로 에너지와 관련됩니다. Δp_min 값을 동등한 최소 에너지 불확실성(c로 곱함)으로 변환하는 것이 핵 크기에 제한된 입자가 이 실험의 100MeV 광자와 일치하는 수십 MeV의 엄청난 최소 에너지를 운반해야 하는 이유를 정당화하는 데 어떻게 도움이 되는지 설명하십시오.
실험 밖에서의 활용
- 역사적으로 물리학자들은 베타붕괴에서 방출되는 전자가 미리 원자핵 '내부에 저장'되어 있었던 것은 아닌지 의문을 가진 적이 있습니다. 이 불확정성 원리에 기반한 논증(원자핵 규모로 갇힌 전자는 실제 베타붕괴 전자가 가진 것보다 훨씬 더 큰 에너지가 필요함)은, 전자가 원자핵 안에 미리 존재하는 것이 아니라 붕괴하는 순간에 새로 생성된다는 핵심 증거가 되었습니다.
- heisenberg-electron의 전자와 달리 이 실험은 p = √(2mK) 대신 운동량 p = E/c를 사용하여 질량이 없는 광자를 명시적으로 모델링합니다. 광자의 운동량 공식이 거대 입자의 운동량 공식과 달라야 하는 이유를 설명하십시오.
- 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
- 감마 가두기에 오신 것을 환영합니다
- 불확정성 장치 선택
- 재생을 누르세요
- 핵 크기 한계
- 검사기 열기
- 잘 하셨습니다!
대화형 시뮬레이션을 열어 장면을 빌드하고 재생을 누른 뒤, 실시간 측정 및 가이드 튜토리얼과 함께 탐구해 보세요.