Confinarea unui foton gamma la scară nucleară

1 · Prezice

Dacă ai încerca să confini un foton în interiorul unui singur nucleu atomic (aproximativ un femtometru), principiul incertitudinii cere o incertitudine minimă a impulsului enormă. Ajută asta să explice de ce electronii liberi nu sunt găsiți niciodată ÎN INTERIORUL unui nucleu?

2 · Montaj

  1. Deschide presetarea gamma-confinement și apasă Resetează. Această presetare modelează un foton de 100 MeV confinat aproape de scara femtometru (10⁻¹⁵ m).
  2. Activează citirea incertitudinii minime a impulsului.
  3. Setează regiunea de confinare Δx pentru fiecare încercare (aproape de scara nucleară) și înregistrează incertitudinea minimă posibilă a impulsului.

3 · Colectează date

Regiunea de confinare Δx (nm)Incertitudinea impulsului Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
5.00e-7
1.00e-6
2.00e-6

Plotează Δp (axa y) în funcție de 1/Δx (axa x) pentru cele trei încercări.

4 · Analizează

  1. Pentru o încercare, calculează Δp_min = ℏ/(2Δx) folosind ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Compară cu tabelul — observă faptul că aceste valori sunt de aproximativ 10⁵ ori mai mari decât ale experimentului heisenberg-electron, pentru că Δx aici este de aproximativ 10⁵ ori mai mic.
  2. Pentru un foton, impulsul se leagă de energie prin p = E/c. Explică cum convertirea valorilor tale Δp_min într-o incertitudine minimă echivalentă de energie (înmulțire cu c) ajută la justificarea faptului că particulele confinate la dimensiuni nucleare trebuie să poarte o energie minimă enormă — zeci de MeV, corespunzând fotonului de 100 MeV al acestui experiment.

5 · Extinde

  1. Istoric, fizicienii s-au întrebat dacă electronii emiși în dezintegrarea beta erau „depozitați în interiorul” nucleului dinainte. Argumentul principiului incertitudinii (electronii confinați la scară nucleară ar avea nevoie de mult mai multă energie decât au efectiv electronii din dezintegrarea beta) a fost o dovadă-cheie că electronii sunt CREAȚI în momentul dezintegrării, nu preexistă în interiorul nucleului.
  2. Spre deosebire de electronul din heisenberg-electron, acest experiment modelează explicit un foton fără masă, folosind impulsul p = E/c în loc de p = √(2mK). Explică de ce formula impulsului unui foton trebuie să fie diferită de a unei particule masive.

Fizica din spatele acestui experiment

Incertitudine la scară nucleară

Confinarea oricărei particule — inclusiv a unui foton fără masă — în interiorul lui Δx ≈ 10⁻¹⁵ m cere o incertitudine minimă a impulsului Δp ≥ ℏ/(2Δx) de ordinul 10⁻²⁰ kg·m/s, corespunzând unor energii care depășesc cu mult ce se observă pentru particulele aflate efectiv în interiorul nucleelor.

← Înapoi la experiment

Fizică modernă

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit