Moderná fyzika
Uzavretie jadrového merítka
Pre fotón 100 MeV na 1 fm je pγ = E/c mierka hybnosti; Δp_min = ℏ/(2Δx), takže tu Δx·Δp = ℏ/2.
Uzavretie jadrového merítka — interaktívna simulácia Moderná fyzika. Pre fotón 100 MeV na 1 fm je pγ = E/c mierka hybnosti; Δp_min = ℏ/(2Δx), takže tu Δx·Δp = ℏ/2. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.
Jadrové uzavretie
pγ = E/c sa líši od Δp_min = ℏ/(2Δx); tu Δx·Δp = ℏ/2.
Pre fotón 100 MeV pri 1 fm je pγ = E/c merítkom hybnosti; Δp_min = ℏ/(2Δx), takže tu Δx·Δp = ℏ/2.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Vysoká hybnosť
Prehľad skúmania
Naplánuj otázku ešte pred otvorením laboratória
Stručný opis zrkadlí predrenderovanú stránku: hlavná otázka, súťažiace predikcie, úlohy premenných, riadiace zákony, postavenie, analýza a rozširujúce podnety zostávajú viditeľné a v tomto poradí.
Hlavná otázka
Keby si sa pokúsil uzavrieť fotón do jedného atómového jadra (asi femtometer naprieč), princíp neurčitosti vyžaduje obrovskú minimálnu neurčitosť hybnosti. Pomáha to vysvetliť, prečo voľné elektróny nie sú nikdy nájdené VNÚTRI jadra?
Predikcie na zváženie
- Princíp neurčitosti sa nevzťahuje na jadrové merítka.
- Uzavretie na jadrové merítko by vyžadovalo neobvykle malú neurčitosť hybnosti.
- Áno — uzavretie akejkoľvek ľahkej častice na jadrové merítko by vyžadovalo neurčitosť hybnosti (a teda energiu) omnoho väčšiu než to, čo je skutočne pozorované unikajúce z jadier, čím vylučuje elektróny žijúce vnútri.
Úlohy premenných
Čo nastavuješ:
- Oblasť uzavretia Δx (nm)
Čo meriaš:
- Neurčitosť hybnosti Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
Ako skúmanie prebieha
- Otvor predvolbu gama uzavretie a stlač Resetovať. Táto predvolba modeluje fotón 100 MeV uzavretý blízko femtometrového (10⁻¹⁵ m) merítka.
- Zapni odčítanie minimálnej neurčitosti hybnosti.
- Nastav oblasť uzavretia Δx pre každý pokus (blízko jadrového merítka) a zaznamenaj minimálnu možnú neurčitosť hybnosti.
Riadiaca rovnica
Neurčitosť na jadrovom merítku — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Uzavretie akejkoľvek častice — vrátane bezhmotného fotónu — do Δx ≈ 10⁻¹⁵ m vyžaduje minimálnu neurčitosť hybnosti Δp ≥ ℏ/(2Δx) rádovo 10⁻²⁰ kg·m/s, zodpovedajúcu energiám omnoho prevyšujúcim to, čo je pozorované pre častice skutočne sa nachádzajúce vnútri jadier.
Čo má študentov naučiť tlačiteľný list
- Pre jeden pokus vypočítaj Δp_min = ℏ/(2Δx) s ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Porovnaj s tabuľkou — všimni si, že tieto hodnoty sú asi 10⁵-krát väčšie než v experimente Heisenbergov elektrón, pretože Δx je tu asi 10⁵-krát menšie.
- Pre fotón sa hybnosť viaže na energiu p = E/c. Vysvetli, ako prevod tvojich hodnôt Δp_min na ekvivalentnú minimálnu neurčitosť energie (vynásobením c) pomáha ospravedlniť, prečo častice uzavreté na jadrové rozmery musia niesť obrovskú minimálnu energiu — desiatky MeV, zhodujúce sa s fotónom 100 MeV tohto experimentu.
Kde sa to objavuje mimo laboratória
- Historicky sa fyzici pýtali, či elektróny emitované pri beta rozpade boli „uskladnené vnútri“ jadra predtým. Tento argument princípu neurčitosti (elektróny uzavreté na jadrové merítko by potrebovali omnoho viac energie, než beta elektróny skutočne majú) bol kľúčovým dôkazom, že elektróny sú namiesto toho VYTVORENÉ v momente rozpadu, nie predexistujúce vnútri jadra.
- Na rozdiel od elektrónu v Heisenbergovom elektróne, tento experiment explicitne modeluje bezhmotný fotón, s použitím hybnosti p = E/c namiesto p = √(2mK). Vysvetli, prečo vzorec hybnosti fotónu musí byť odlišný od vzorca hmotnej častice.
- 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
- Vitaj pri gama uzavretí
- Vyber aparatúru neurčitosti
- Stlač Prehrať
- Limit jadrovej veľkosti
- Otvor panel Vlastnosti
- Zvládol si to!
Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.
Otvoriť interaktívne laboratórium →