Gama spindulio fotono apribojimas iki branduolinio mastelio

1 · Spėk

Jei bandytum apriboti fotoną iki vieno atominio branduolio vidaus (maždaug femtometro skersmens), neapibrėžtumo principas reikalauja milžiniško minimaliojo judesio kiekio neapibrėžtumo. Ar tai padeda paaiškinti, kodėl laisvieji elektronai niekada nerandami branduolio VIDUJE?

• Neapibrėžtumo principas netaikomas branduoliniuose masteliuose.
• Apribojimas iki branduolinio mastelio reikalautų neįprastai mažo judesio kiekio neapibrėžtumo.
• Taip — bet kurios lengvos dalelės apribojimas iki branduolinio mastelio reikalautų judesio kiekio neapibrėžtumo (tad ir energijos) gerokai didesnės, nei iš tikrųjų stebima iš branduolių besiveržianti, atmesdama elektronų gyvenimą viduje.

2 · Paruošk

1. Atidaryk „Gama spindulio fotono apribojimas iki branduolinio mastelio“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Šis eksperimentas modeliuoja 100 MeV fotoną, apribotą apie femtometro (10⁻¹⁵ m) masteliu.
2. Įjunk minimaliojo judesio kiekio neapibrėžtumo rodmuo.
3. Nustatyk apribojimo sritį Δx kiekvienam bandymui (arti branduolinio mastelio) ir užsirašyk minimalųjį įmanomąjį judesio kiekio neapibrėžtumą.

3 · Rink duomenis

Braišyk Δp (y ašis) prieš 1/Δx (x ašis) savo trims bandymams.

4 · Analizuok

1. Vienam bandymui apskaičiuok Δp_min = ℏ/(2Δx) naudodamas ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Palygink su lentele — pastebėk, kad šios reikšmės yra maždaug 10⁵ kartų didesnės už „Heizenbergo neapibrėžtumo principas“ eksperimento, nes Δx čia yra maždaug 10⁵ kartų mažesnis.
2. Fotonui judesio kiekis siejasi su energija per p = E/c. Paaiškink, kaip tavo Δp_min reikšmių vertimas į atitinkamą minimalųjį energijos neapibrėžtumą (padauginta iš c) padeda pagrįsti, kodėl dalelės, apribotos iki branduolinių matmenų, turi nešti milžinišką minimaliąją energiją — dešimtis MeV, atitinkančias šio eksperimento 100 MeV fotoną.

5 · Išplėsk

1. Istorinėje praeityje fizikai svarstė, ar beta skilime spinduliuojami elektronai buvo „saugomi branduolio viduje“ iš anksto. Šis neapibrėžtumo principo argumentas (elektronams, apribotiems iki branduolinio mastelio, reikėtų gerokai daugiau energijos, nei beta skilimo elektronai iš tikrųjų turi) buvo pagrindinis įrodymas, kad elektronai vietoj to SUKURAMI skilimo akimirką, o ne iš anksto egzistuoja branduolio viduje.
2. Skirtingai nei elektronas „Heizenbergo neapibrėžtumo principas“, šis eksperimentas aiškiai modeliuoja bemasį fotoną, naudodamas judesio kiekį p = E/c vietoj p = √(2mK). Paaiškink, kodėl fotono judesio kiekio formulė turi skirtis nuo masyvios dalelės.

Fizika už šio eksperimento

← Grįžti prie eksperimento

138 nemokami spausdinami fizikos darbo lapai