Uzavretie gama fotónu na jadrové merítko

1 · Predikuj

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?

2 · Priprav

  1. Otvor predvolbu gama uzavretie a stlač Resetovať. Táto predvolba modeluje fotón 100 MeV uzavretý blízko femtometrového (10⁻¹⁵ m) merítka.
  2. Zapni odčítanie minimálnej neurčitosti hybnosti.
  3. Nastav oblasť uzavretia Δx pre každý pokus (blízko jadrového merítka) a zaznamenaj minimálnu možnú neurčitosť hybnosti.

3 · Zbieraj údaje

Oblasť uzavretia Δx (nm)Neurčitosť hybnosti Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
5.00e-7
1.00e-6
2.00e-6

Zaznamenaj Δp (os y) verzus 1/Δx (os x) pre svoje tri pokusy.

4 · Analyzuj

  1. 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.
  2. 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.

5 · Rozšír

  1. 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.
  2. 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.

Fyzika za týmto experimentom

Neurčitosť na jadrovom merítku

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.

← Späť na experiment

Moderná fyzika

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky