Современная физика
Удержание ядерного масштаба
Для гамма-кванта 100 MeV при 1 fm масштаб импульса даёт pγ = E/c; Δp_min = ℏ/(2Δx), поэтому здесь Δx·Δp = ℏ/2.
Удержание ядерного масштаба — интерактивная симуляция (Современная физика). Для гамма-кванта 100 MeV при 1 fm масштаб импульса даёт pγ = E/c; Δp_min = ℏ/(2Δx), поэтому здесь Δx·Δp = ℏ/2. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Ядерное удержание
pγ = E/c отличается от Δp_min = ℏ/(2Δx); здесь Δx·Δp = ℏ/2.
Для гамма-кванта 100 MeV при 1 fm масштаб импульса даёт pγ = E/c; Δp_min = ℏ/(2Δx), поэтому здесь Δx·Δp = ℏ/2.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Большой импульс
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Если попытаться запереть фотон внутри одного атомного ядра (размером около фемтометра), принцип неопределённости требует колоссальной минимальной неопределённости импульса. Помогает ли это объяснить, почему свободные электроны никогда не находятся ВНУТРИ ядра?
Прогнозы для взвешивания
- Принцип неопределённости не применим на ядерных масштабах.
- Запирание в ядерный масштаб потребовало бы необычно малую неопределённость импульса.
- Да — запирание любой лёгкой частицы в ядерный масштаб потребовало бы неопределённость импульса (а значит и энергию) куда большую, чем наблюдаемая у частиц, реально вылетающих из ядер, исключая «проживание» электронов внутри.
Роли переменных
Что вы задали:
- Область удержания Δx (nm)
Что вы измеряете:
- Неопределённость импульса Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
Как идёт исследование
- Откройте пресет gamma-confinement и нажмите «Сброс». Этот пресет моделирует фотон 100 MeV, удержанный вблизи фемтометрового (10⁻¹⁵ m) масштаба.
- Включите показание минимальной неопределённости импульса.
- Задайте область удержания Δx для каждой пробы (около ядерного масштаба) и запишите минимально возможную неопределённость импульса.
Определяющее уравнение
Неопределённость на ядерном масштабе — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Запирание любой частицы — включая безмассовый фотон — в пределы Δx ≈ 10⁻¹⁵ m требует минимальной неопределённости импульса Δp ≥ ℏ/(2Δx) порядка 10⁻²⁰ kg·m/s, что отвечает энергиям, далеко превышающим наблюдаемые у частиц, реально находящихся внутри ядер.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы вычислите Δp_min = ℏ/(2Δx), используя ℏ = 1.055×10⁻³⁴ Дж·с. Сравните с таблицей — заметьте, эти значения примерно в 10⁵ раз больше, чем в эксперименте heisenberg-electron, потому что Δx здесь примерно в 10⁵ раз меньше.
- У фотона импульс связан с энергией соотношением p = E/c. Объясните, как перевод ваших значений Δp_min в эквивалентную минимальную неопределённость энергии (умножением на c) помогает обосновать, почему частицы, запертые в ядерных масштабах, обязаны нести огромную минимальную энергию — десятки МэВ, что согласуется со 100 МэВ фотоном этого эксперимента.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Исторически физики гадали, не «хранятся ли» электроны бета-распада внутри ядра заранее. Этот аргумент неопределённости (запертые в ядерный масштаб электроны имели бы куда больше энергии, чем реально есть у электронов бета-распада) стал ключевым доказательством, что электроны СОЗДАЮТСЯ в момент распада, а не существуют в ядре заранее.
- В отличие от электрона в heisenberg-electron, этот эксперимент явно моделирует безмассовый фотон, используя импульс p = E/c вместо p = √(2mK). Объясните, почему формула импульса фотона должна отличаться от формулы массивной частицы.
- 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
- Добро пожаловать к удержанию гамма-кванта
- Выберите установку неопределённости
- Нажмите Play
- Ядерный предел размера
- Откройте панель свойств
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →