Fizyka współczesna
Uwięzienie w skali jądrowej
Dla fotonu 100 MeV przy 1 fm, pγ = E/c to skala pędu; Δp_min = ℏ/(2Δx), więc tu Δx·Δp = ℏ/2.
Uwięzienie w skali jądrowej — interaktywna symulacja: Fizyka współczesna. Dla fotonu 100 MeV przy 1 fm, pγ = E/c to skala pędu; Δp_min = ℏ/(2Δx), więc tu Δx·Δp = ℏ/2. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Uwięzienie jądrowe
pγ = E/c różni się od Δp_min = ℏ/(2Δx); tu Δx·Δp = ℏ/2.
Dla fotonu 100 MeV przy 1 fm, pγ = E/c to skala pędu; Δp_min = ℏ/(2Δx), więc tu Δx·Δp = ℏ/2.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Duży pęd
Krótki opis badania
Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię
Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.
Pytanie badawcze
Gdybyś próbował uwięzić foton wewnątrz pojedynczego jądra atomowego (ok. femtometra średnicy), zasada nieoznaczoności wymaga ogromnej minimalnej nieoznaczoności pędu. Czy to pomaga wyjaśnić, dlaczego wolne elektrony nigdy nie występują WEWNĄTRZ jądra?
Prognozy do rozważenia
- Zasada nieoznaczoności nie obowiązuje w skalach jądrowych.
- Uwięzienie w skali jądrowej wymagałoby nietypowo małej nieoznaczoności pędu.
- Tak — uwięzienie jakiejkolwiek lekkiej cząstki w skali jądrowej wymagałoby nieoznaczoności pędu (a więc energii) dużo większej niż obserwowana dla cząstek uciekających z jąder, co wyklucza elektrony mieszkające w środku.
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Region uwięzienia Δx (nm)
Co mierzysz:
- Nieoznaczoność pędu Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset gamma-confinement i naciśnij Reset. Ten preset modeluje foton 100 MeV uwięziony w skali femtometrowej (10⁻¹⁵ m).
- Włącz odczyt minimalnej nieoznaczoności pędu.
- Ustaw region uwięzienia Δx dla każdej próby (blisko skali jądrowej) i zapisz minimalną możliwą nieoznaczoność pędu.
Równanie rządzące
Nieoznaczoność w skali jądrowej — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Uwięzienie dowolnej cząstki — w tym bezmasowego fotonu — w Δx ≈ 10⁻¹⁵ m wymaga minimalnej nieoznaczoności pędu Δp ≥ ℏ/(2Δx) rzędu 10⁻²⁰ kg·m/s, odpowiadającej energiom znacznie przewyższającym obserwowane dla cząstek faktycznie występujących wewnątrz jąder.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Dla jednej próby oblicz Δp_min = ℏ/(2Δx), używając ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Porównaj z tabelą — zauważ, że te wartości są ok. 10⁵ razy większe niż w eksperymencie heisenberg-electron, bo Δx jest tu ok. 10⁵ razy mniejsze.
- Dla fotonu pęd wiąże się z energią przez p = E/c. Wyjaśnij, jak przeliczenie twoich wartości Δp_min na równoważną minimalną niepewność energii (mnożenie przez c) pomaga uzasadnić, dlaczego cząstki uwięzione w wymiarach jądrowych muszą nieść ogromną minimalną energię — dziesiątki MeV, zgodnie ze 100 MeV fotonem tego eksperymentu.
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Historycznie fizycy zastanawiali się, czy elektrony emitowane w rozpadzie beta były wcześniej „przechowywane wewnątrz” jądra. Ten argument nieoznaczoności (elektrony uwięzione w skali jądrowej miałyby dużo więcej energii, niż faktycznie mają elektrony z rozpadu beta) był kluczowym dowodem, że elektrony są raczej TWORZONE w chwili rozpadu, a nie wcześniejsze w jądrze.
- W odróżnieniu od elektronu w heisenberg-electron ten eksperyment jawnie modeluje bezmasowy foton, używając pędu p = E/c zamiast p = √(2mK). Wyjaśnij, dlaczego wzór na pęd fotonu musi być inny niż wzór dla cząstki masywnej.
- 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
- Witamy w uwięzieniu gamma
- Zaznacz układ nieoznaczoności
- Naciśnij Play
- Jądrowy limit rozmiaru
- Otwórz panel Właściwości
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →