Uwięzienie fotonu gamma w skali jądrowej

1 · Prognoza

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?

• 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.

2 · Przygotowanie

1. Otwórz preset gamma-confinement i naciśnij Reset. Ten preset modeluje foton 100 MeV uwięziony w skali femtometrowej (10⁻¹⁵ m).
2. Włącz odczyt minimalnej nieoznaczoności pędu.
3. Ustaw region uwięzienia Δx dla każdej próby (blisko skali jądrowej) i zapisz minimalną możliwą nieoznaczoność pędu.

3 · Zbieranie danych

Narysuj Δp (oś y) względem 1/Δx (oś x) dla trzech prób.

4 · Analiza

1. Porównaj z tabelą — zauważ, że te wartości są dziesiątki tysięcy razy większe niż w eksperymencie heisenberg-electron, ponieważ Δx jest tu odpowiednio mniejsze (uwięzienie w femtometrach zamiast nanometrów).
2. 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.

5 · Rozszerzenie

1. 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.
2. 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.

Fizyka tego eksperymentu

← Wróć do eksperymentu

138 bezpłatnych kart pracy z fizyki do druku