Moderna fizika
Zapora v jedrskem merilu
Za foton 100 MeV pri 1 fm je pγ = E/c merilo gibalne količine; Δp_min = ℏ/(2Δx), torej je tu Δx·Δp = ℏ/2.
Zapora v jedrskem merilu — interaktivna simulacija Moderna fizika. Za foton 100 MeV pri 1 fm je pγ = E/c merilo gibalne količine; Δp_min = ℏ/(2Δx), torej je tu Δx·Δp = ℏ/2. Brezplačen virtualni fizikalni laboratorij v brskalniku z živimi meritvami SI in vodenim vodnikom.
Jedrska zapora
pγ = E/c se razlikuje od Δp_min = ℏ/(2Δx); tu je Δx·Δp = ℏ/2.
Za foton 100 MeV pri 1 fm je pγ = E/c merilo gibalne količine; Δp_min = ℏ/(2Δx), torej je tu Δx·Δp = ℏ/2.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Visoka gibalna količina
Oris preiskave
Načrtuj vprašanje, preden odpreš laboratorij
Oris zrcali predizrisano stran: vodilno vprašanje, tekmujoča predvidevanja, vloge spremenljivk, vodilni zakoni, priprava, analiza in pozivi k razširitvi ostanejo vidni in v tem vrstnem redu.
Vodilno vprašanje
Če bi poskušal zapreti foton znotraj enega samega atomskega jedra (približno femtometer čez), načelo nedoločenosti zahteva ogromno najmanjšo nedoločenost gibalne količine. Ali to pomaga razložiti, zakaj prostih elektronov nikoli ne najdejo ZNOTRAJ jedra?
Predvidevanja za pretehtanje
- Načelo nedoločenosti se ne nanaša na jedrska merila.
- Zapora na jedrsko merilo bi zahtevala neobičajno majhno nedoločenost gibalne količine.
- Da — zapiranje katerega koli lahnega delca na jedrsko merilo bi zahtevalo nedoločenost gibalne količine (in torej energije) precej večjo, kot je dejansko opazovana pri begu iz jeder, kar izključuje elektrone znotraj.
Vloge spremenljivk
Kaj nastaviš:
- Območje zapiranja Δx (nm)
Kaj izmeriš:
- Nedoločenost gibalne količine Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
Kako poteka preiskava
- Odpri prednastavitev gamma-confinement in pritisni Ponastavi. Ta prednastavitev modelira foton 100 MeV, zaprt blizu femtometrskega (10⁻¹⁵ m) merila.
- Omogoči odčitek najmanjše nedoločenosti gibalne količine.
- Nastavi območje zapora Δx za vsak poskus (blizu jedrskega merila) in zabeleži najmanjšo možno nedoločenost gibalne količine.
Vodilna enačba
Nedoločenost na jedrskem merilu — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Zapiranje katerega koli delca — vključno z brezmasnim fotonom — znotraj Δx ≈ 10⁻¹⁵ m zahteva najmanjšo nedoločenost gibalne količine Δp ≥ ℏ/(2Δx) reda velikosti 10⁻²⁰ kg·m/s, kar ustreza energijam, ki precej presegajo opazovane za delce, ki se dejansko nahajajo znotraj jeder.
Kaj natisnjivi delovni list od učencev zahteva izračunati
- Za en poskus izračunaj Δp_min = ℏ/(2Δx) s ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Primerjaj s tabelo — opazi, da so te vrednosti približno 10⁵-krat večje od teh v poskusu heisenberg-electron, ker je Δx tu približno 10⁵-krat manjši.
- Za foton se gibalna količina veže na energijo s p = E/c. Razloži, kako pretvorba tvojih vrednosti Δp_min v enakovredno najmanjšo nedoločenost energije (množenje s c) pomaga utemeljiti, zakaj morajo delci, zaprti na jedrske razsežnosti, nositi ogromno najmanjšo energijo — desetine MeV, skladno s fotonom 100 MeV tega poskusa.
Kje se to pokaže onkraj laboratorija
- Zgodovinsko so fiziki nekoč ugibali, ali so elektroni, izsevani pri beta razpadu, bili „shranjeni znotraj“ jedra vnaprej. Ta argument nedoločenosti (elektroni, zaprti na jedrsko merilo, bi potrebovali precej več energije, kot jo beta-razpadni elektroni dejansko imajo) je bil ključni dokaz, da se elektroni namesto tega USTVARJajo v trenutku razpada, ne obstajajo vnaprej znotraj jedra.
- Za razliko od elektrona v heisenberg-electron ta poskus izrecno modelira brezmasni foton z gibalno količino p = E/c namesto p = √(2mK). Razloži, zakaj mora biti formula gibalne količine fotona drugačna od formule masivnega delca.
- 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
- Dobrodošli pri gama zapori
- Izberi postavitev nedoločenosti
- Pritisni Predvajaj
- Meja jedrske velikosti
- Odpri ploščo Lastnosti
- Uspelo ti je!
Odpri interaktivno simulacijo, zgradi prizor, pritisni Predvajaj in raziskuj z živimi meritvami in vodenim vodnikom.
Odpri interaktivni laboratorij →