Een gamma-foton opgesloten op kernschaal

1 · Voorspel

Als je probeerde een foton op te sluiten binnen één enkele atoomkern (ongeveer een femtometer breed), dan vereist de onzekerheidsrelatie een enorme minimale impulsonzekerheid. Helpt dit verklaren waarom vrije elektronen nooit BINNEN een kern worden aangetroffen?

• De onzekerheidsrelatie geldt niet op kernschalen.
• Opsluiting op kernschaal zou een ongebruikelijk kleine impulsonzekerheid vereisen.
• Ja — het opsluiten van een licht deeltje op kernschaal zou een impulsonzekerheid (en dus energie) vereisen die veel groter is dan er daadwerkelijk uit kernen wordt waargenomen te ontsnappen, wat uitsluit dat elektronen erin huizen.

2 · Opstelling

1. Open de voorinstelling gamma-confinement en druk op Herstel. Deze voorinstelling modelleert een foton van 100 MeV, opgesloten rond de femtometer- (10⁻¹⁵ m) schaal.
2. Zet de aflezing van de minimale impulsonzekerheid aan.
3. Stel voor elke meting het opsluitgebied Δx in (dicht bij kernschaal) en noteer de kleinst mogelijke impulsonzekerheid.

3 · Verzamel gegevens

Zet voor je drie metingen Δp (y-as) uit tegen 1/Δx (x-as).

4 · Analyseer

1. Reken voor één meting Δp_min = ℏ/(2Δx) uit met ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Vergelijk met de tabel — merk op dat deze waarden ongeveer 10⁵ keer groter zijn dan die van het heisenberg-electron-experiment, omdat Δx hier ongeveer 10⁵ keer kleiner is.
2. Voor een foton hangt de impuls samen met energie via p = E/c. Leg uit hoe het omrekenen van je Δp_min-waarden naar een equivalente minimale energieonzekerheid (vermenigvuldigen met c) helpt verantwoorden waarom deeltjes die op kernafmetingen zijn opgesloten een enorme minimale energie moeten dragen — tientallen MeV, passend bij het foton van 100 MeV in dit experiment.

5 · Verdiep

1. Historisch gezien vroegen natuurkundigen zich ooit af of elektronen die bij bètaverval worden uitgezonden vooraf 'in de kern waren opgeslagen'. Dit argument met de onzekerheidsrelatie (elektronen opgesloten op kernschaal zouden veel meer energie nodig hebben dan bèta-elektronen daadwerkelijk hebben) was het sleutelbewijs dat elektronen juist op het moment van verval worden GECREËERD en niet van tevoren in de kern bestaan.
2. Anders dan het elektron in heisenberg-electron modelleert dit experiment expliciet een massaloos foton, met impuls p = E/c in plaats van p = √(2mK). Leg uit waarom de impulsformule van een foton anders moet zijn dan die van een deeltje met massa.

De natuurkunde achter dit experiment

← Terug naar experiment

138 gratis printbare labwerkbladen voor natuurkunde