ฟิสิกส์ยุคใหม่
การกักกันระดับนิวเคลียส
สำหรับโฟตอน 100 MeV ที่ 1 fm, pγ = E/c เป็นสเกลโมเมนตัม; Δp_min = ℏ/(2Δx) ดังนั้นที่นี่ Δx·Δp = ℏ/2
การกักกันระดับนิวเคลียส — การจำลองฟิสิกส์ยุคใหม่แบบโต้ตอบ สำหรับโฟตอน 100 MeV ที่ 1 fm, pγ = E/c เป็นสเกลโมเมนตัม; Δp_min = ℏ/(2Δx) ดังนั้นที่นี่ Δx·Δp = ℏ/2 ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
การกักกันนิวเคลียส
pγ = E/c แตกต่างจาก Δp_min = ℏ/(2Δx); ในที่นี้ Δx·Δp = ℏ/2
สำหรับโฟตอน 100 MeV ที่ระยะ 1 fm, pγ = E/c คือสเกลโมเมนตัม; Δp_min = ℏ/(2Δx) ดังนั้นในที่นี้ Δx·Δp = ℏ/2
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- โมเมนตัมสูง
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
ถ้าพยายามกักโฟตอนไว้ในนิวเคลียสของอะตอมเดียว (กว้างราวหนึ่งเฟมโตเมตร) หลักความไม่แน่นอนจะเรียกร้องความไม่แน่นอนของโมเมนตัมขั้นต่ำมหาศาล สิ่งนี้ช่วยอธิบายว่าเหตุใดอิเล็กตรอนอิสระจึงไม่พบอยู่ในนิวเคลียสหรือไม่
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- หลักความไม่แน่นอนไม่ใช้กับมาตราส่วนนิวเคลียร์
- การกักไว้ที่มาตราส่วนนิวเคลียร์ต้องการความไม่แน่นอนของโมเมนตัมที่ผิดปกติเพราะน้อย
- ใช่ — การกักอนุภาคเบาใด ๆ ไว้ที่มาตราส่วนนิวเคลียร์ต้องการความไม่แน่นอนของโมเมนตัม (และพลังงาน) มากกว่าที่สังเกตได้จากอนุภาคที่หลุดออกจากนิวเคลียสจริงมาก จึงตัดข้อสรุปว่าอิเล็กตรอนอยู่ข้างใน
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- บริเวณกักกัน Δx (nm)
สิ่งที่คุณวัด:
- ความไม่แน่นอนของโมเมนตัม Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ gamma-confinement แล้วกดรีเซ็ต ค่าที่ตั้งไว้นี้จำลองโฟตอน 100 MeV ถูกกักไว้ใกล้มาตราส่วนเฟมโตเมตร (10⁻¹⁵ m)
- เปิดค่าแสดงความไม่แน่นอนของโมเมนตัมขั้นต่ำ
- ตั้งบริเวณกัก Δx ของแต่ละรอบ (ใกล้มาตราส่วนนิวเคลียร์) แล้วบันทึกความไม่แน่นอนของโมเมนตัมที่น้อยที่สุด
สมการควบคุม
ความไม่แน่นอนที่มาตราส่วนนิวเคลียร์ — Δx·Δp ≥ ℏ/2
การกักอนุภาคใด ๆ — รวมถึงโฟตอนไร้มวล — ไว้ใน Δx ≈ 10⁻¹⁵ m ต้องการความไม่แน่นอนของโมเมนตัมขั้นต่ำ Δp ≥ ℏ/(2Δx) ระดับ 10⁻²⁰ kg·m/s ซึ่งสอดคล้องกับพลังงานที่สูงกว่าที่สังเกตเห็นในอนุภาคที่พบจริงในนิวเคลียสมาก
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ Δp_min = ℏ/(2Δx) โดยใช้ ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s เทียบกับตาราง และสังเกตว่าค่าเหล่านี้ใหญ่กว่าของการทดลอง heisenberg-electron ราว 10⁵ เท่า เพราะ Δx ที่นี่เล็กกว่าราว 10⁵ เท่า
- สำหรับโฟตอน โมเมนตัมสัมพันธ์กับพลังงานโดย p = E/c จงอธิบายว่าการแปลงค่า Δp_min ของคุณ (คูณด้วย c) เป็นความไม่แน่นอนของพลังงานต่ำสุดที่เทียบเท่า ช่วยแสดงอย่างไรว่าอนุภาคที่ถูกขังไว้ในมิตินิวเคลียร์ต้องพกพลังงานต่ำสุดมหาศาล หลายสิบ MeV ตรงกับโฟตอน 100 MeV ของการทดลองนี้
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- ในอดีตนักฟิสิกส์เคยสงสัยว่าอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาในการสลายบีตาถูก “เก็บไว้ข้างใน” นิวเคลียสก่อนแล้ว อาร์กิวเมนต์หลักความไม่แน่นอนนี้ (อิเล็กตรอนที่กัดกว่าขนาดนิวเคลียสต้องการพลังงานมากกว่าที่อิเล็กตรอนสลายบีตามีจริงมาก) เป็นหลักฐานสำคัญว่าอิเล็กตรอนถูกสร้างขึ้น ณ ขณะสลายตัวแทน ไม่ได้อยู่ในนิวเคลียสมาก่อน
- ต่างจากอิเล็กตรอนใน heisenberg-electron การทดลองนี้จำลองโฟตอนไร้มวลอย่างชัดเจน โดยใช้ p = E/c แทน p = √(2mK) จงอธิบายว่าทำไมสูตรโมเมนตัมของโฟตอนจึงต้องต่างจากอนุภาคมีมวล
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่ การกักกันแกมมา
- เลือกชุดตั้งค่าความไม่แน่นอน
- กดเล่น
- ขีดจำกัดขนาดนิวเคลียส
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ