Modern fysik
Inneslutning på kärnskala
För 100 MeV-fotonen vid 1 fm är pγ = E/c en rörelsemängdsskala; Δp_min = ℏ/(2Δx), så Δx·Δp = ℏ/2 här.
Inneslutning på kärnskala — interaktiv Modern fysik-simulering. För 100 MeV-fotonen vid 1 fm är pγ = E/c en rörelsemängdsskala; Δp_min = ℏ/(2Δx), så Δx·Δp = ℏ/2 här. Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.
Kärninneslutning
pγ = E/c skiljer sig från Δp_min = ℏ/(2Δx); här är Δx·Δp = ℏ/2.
För 100 MeV-fotonen vid 1 fm är pγ = E/c en rörelsemängdsskala; Δp_min = ℏ/(2Δx), så här är Δx·Δp = ℏ/2.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Hög rörelsemängd
Undersökningsblad
Planera frågan innan du öppnar labbet
Sammanfattningen speglar den förrenderade sidan: drivande fråga, konkurrerande förutsägelser, variablernas roller, styrande lagar, uppställning, analys- och utvidgningsfrågor förblir synliga och i den här ordningen.
Drivande fråga
Om du försökte spärra in en foton inom en enda atomkärna (ungefär en femtometer tvärsöver), kräver osäkerhetsrelationen en enorm minsta rörelsemängdsosäkerhet. Hjälper det att förklara varför fria elektroner aldrig påträffas INUTI en kärna?
Förutsägelser att väga
- Osäkerhetsrelationen gäller inte på kärnskalor.
- Inspärrning på kärnskala skulle kräva en ovanligt liten rörelsemängdsosäkerhet.
- Ja — att spärra in en lätt partikel på kärnskala skulle kräva en rörelsemängdsosäkerhet (och därmed energi) långt större än vad som faktiskt observeras lämna kärnor, vilket utesluter att elektroner finns inuti.
Variablernas roller
Det du ställer in:
- Inneslutningsområde Δx (nm)
Det du mäter:
- Rörelsemängdsosäkerhet Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
Så går undersökningen till
- Öppna förinställningen Gammainspärrning och tryck på Återställ. Denna förinställning modellerar en 100 MeV-foton inspärrad nära femtometerskalan (10⁻¹⁵ m).
- Aktivera avläsningen av minsta rörelsemängdsosäkerhet.
- Ställ in inspärrningsområdet Δx för varje försök (nära kärnskala) och notera minsta möjliga rörelsemängdsosäkerhet.
Styrande ekvation
Osäkerhet på kärnskala — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Att spärra in vilken partikel som helst — inklusive en masslös foton — inom Δx ≈ 10⁻¹⁵ m kräver en minsta rörelsemängdsosäkerhet Δp ≥ ℏ/(2Δx) i storleksordningen 10⁻²⁰ kg·m/s, motsvarande energier långt överstigande vad som observeras för partiklar som faktiskt påträffas inuti kärnor.
Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut
- Beräkna för ett försök Δp_min = ℏ/(2Δx) med ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Jämför med tabellen — notera att dessa värden är ungefär 10⁵ gånger större än i heisenberg-electron-experimentet, eftersom Δx här är ungefär 10⁵ gånger mindre.
- För en foton hänger rörelsemängden samman med energin genom p = E/c. Förklara hur det att omvandla dina Δp_min-värden till en motsvarande minsta energiosäkerhet (multiplicera med c) hjälper till att motivera varför partiklar inspärrade på kärndimensioner måste bära på en enorm minsta energi — tiotals MeV, i linje med detta experiments 100 MeV-foton.
Var det här syns utanför labbet
- Historiskt sett undrade fysiker en gång om elektroner som emitteras vid betasönderfall var 'lagrade inuti' kärnan i förväg. Detta argument från osäkerhetsrelationen (elektroner inspärrade på kärnskala skulle behöva långt mer energi än vad betasönderfallselektroner faktiskt har) var ett nyckelbevis för att elektroner i stället SKAPAS i sönderfallsögonblicket, inte fanns i förväg inuti kärnan.
- Till skillnad från elektronen i heisenberg-electron modellerar detta experiment uttryckligen en masslös foton, med rörelsemängden p = E/c i stället för p = √(2mK). Förklara varför en fotons rörelsemängdsformel måste skilja sig från en massiv partikels.
- 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
- Välkommen till Gammainspärrning
- Välj osäkerhetsuppställningen
- Tryck på Spela
- Gräns för kärnstorlek
- Öppna panelen Egenskaper
- Du klarade det!
Öppna den interaktiva simuleringen för att bygga scenen, tryck på Spela och utforska med mätningar i realtid och en guidad genomgång.