Att spärra in en gammafoton på kärnskala

1 · Förutsäg

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?

2 · Uppbyggnad

  1. Öppna förinställningen Gammainspärrning och tryck på Återställ. Denna förinställning modellerar en 100 MeV-foton inspärrad nära femtometerskalan (10⁻¹⁵ m).
  2. Aktivera avläsningen av minsta rörelsemängdsosäkerhet.
  3. Ställ in inspärrningsområdet Δx för varje försök (nära kärnskala) och notera minsta möjliga rörelsemängdsosäkerhet.

3 · Samla data

Inneslutningsområde Δx (nm)Rörelsemängdsosäkerhet Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
5.00e-7
1.00e-6
2.00e-6

Rita Δp (y-axeln) mot 1/Δx (x-axeln) för dina tre försök.

4 · Analysera

  1. 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.
  2. 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.

5 · Utvidga

  1. 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.
  2. 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.

Fysiken bakom det här experimentet

Osäkerhet på kärnskala

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.

← Tillbaka till experimentet

Modern fysik

138 gratis utskrivbara labblad i fysik