Menghadkan Satu Foton Gama ke Skala Nuklear

1 · Ramal

Jika anda cuba menghadkan satu foton kepada dalam satu nukleus atom tunggal (kira-kira satu femtometer), prinsip ketaktentuan menuntut ketaktentuan momentum minimum yang besar. Adakah ini membantu menerangkan mengapa elektron bebas tidak pernah dijumpai DI DALAM satu nukleus?

• Prinsip ketaktentuan tidak terpakai pada skala nuklear.
• Penghadan ke skala nuklear akan memerlukan ketaktentuan momentum yang luar biasa kecil.
• Ya -- menghadkan sebarang zarah ringan ke skala nuklear akan memerlukan ketaktentuan momentum (maka tenaga) jauh lebih besar daripada apa yang sebenarnya diperhatikan terlepas daripada nukleus, menolak kemungkinan elektron tinggal di dalam.

2 · Susun

1. Buka praset penghadan-gamma dan tekan Set semula. Praset ini memodelkan satu foton 100 MeV terhad berhampiran skala femtometer (10⁻¹⁵ m).
2. Aktifkan bacaan ketaktentuan-momentum-minimum.
3. Tetapkan kawasan penghadan Δx bagi setiap percubaan (berhampiran skala nuklear) dan rekod ketaktentuan momentum minimum yang mungkin.

3 · Kumpul Data

Plot Δp (paksi-y) melawan 1/Δx (paksi-x) bagi tiga percubaan anda.

4 · Analisis

1. Bagi satu percubaan, kira Δp_min = ℏ/(2Δx) menggunakan ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Bandingkan dengan jadual -- perhatikan nilai-nilai ini berpuluh ribu kali lebih besar daripada eksperimen elektron-heisenberg, kerana Δx di sini lebih kecil dengan faktor setanding (penghadan femtometer lwn nanometer).
2. Bagi satu foton, momentum berkait dengan tenaga oleh p = E/c. Terangkan bagaimana penukaran nilai Δp_min anda kepada ketaktentuan tenaga minimum setara (darab dengan c) membantu mewajarkan mengapa zarah yang terhad kepada dimensi nuklear mesti membawa tenaga minimum yang besar -- berpuluh MeV, sepadan dengan foton 100 MeV eksperimen ini.

5 · Lanjutkan

1. Dari segi sejarah, ahli fizik pernah tertanya-tanya adakah elektron yang terpancar dalam pereputan beta 'disimpan di dalam' nukleus lebih awal. Hujah prinsip-ketaktentuan ini (elektron terhad ke skala nuklear akan memerlukan jauh lebih banyak tenaga daripada yang sebenarnya ada pada elektron pereputan-beta) ialah bukti utama bahawa elektron sebaliknya DICIPUTA pada detik pereputan, bukan wujud lebih awal di dalam nukleus.
2. Berbeza dengan elektron dalam elektron-heisenberg, eksperimen ini secara eksplisit memodelkan satu foton tanpa jisim, menggunakan momentum p = E/c dan bukannya p = √(2mK). Terangkan mengapa formula momentum foton mesti berbeza daripada zarah berjisim.

Fizik di Sebalik Eksperimen Ini

← Kembali ke eksperimen

138 Lembaran Kerja Makmal Fizik Boleh Cetak Percuma