Gama Işını Fotonunu Nükleer Ölçeğe Sınırlamak
1 · Tahmin Et
Bir fotonu tek bir atom çekirdeğine (yaklaşık bir femtometre çapında) hapsetmeye çalışırsanız, belirsizlik ilkesi çok büyük bir minimum momentum belirsizliği gerektirir. Bu, serbest elektronların neden bir çekirdeğin İÇİNDE asla bulunmadığını açıklamaya yardımcı oluyor mu?
- Belirsizlik ilkesi nükleer ölçeklerde geçerli değildir.
- Nükleer ölçeğe hapsedilmek alışılmadık derecede küçük bir momentum belirsizliği gerektirecektir.
- Evet; herhangi bir hafif parçacığı nükleer ölçeğe hapsetmek, gerçekte gözlemlenen çekirdeklerden kaçarken gözlemlenenden çok daha büyük bir momentum belirsizliği (ve dolayısıyla enerji) gerektirecek ve içeride yaşayan elektronları dışarıda bırakacaktır.
2 · Kurulum
- gamma-confinement ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. Bu ön ayar, femtometre (10 ⁻¹⁵ m) ölçeğine yakın sınırlandırılmış bir 100 MeV fotonunu modeller.
- minimum momentum belirsizliği okumasını etkinleştirin.
- Her deneme için (nükleer ölçeğe yakın) sınırlama bölgesini Δx ayarlayın ve mümkün olan minimum momentum belirsizliğini kaydedin.
3 · Veri Toplayın
| Sınırlandırma bölgesi Δx (nm) | Momentum belirsizliği Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s) |
|---|---|
| 5.00e-7 | |
| 1.00e-6 | |
| 2.00e-6 |
Üç denemeniz için Δp'yi (y ekseni) 1/Δx'e (x ekseni) göre çizin.
4 · Analiz et
- Bir deneme için, Δp_min = ℏ/(2Δx)'yi ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. kullanarak hesaplayın Tabloyla karşılaştırın — bu değerlerin heisenberg-electron deneyinden yaklaşık 10 ⁵ kat daha büyük olduğuna dikkat edin, çünkü buradaki Δx yaklaşık 10 ⁵ kat daha küçüktür.
- Bir foton için momentum enerjiyle p = E/c ile ilişkilidir. Δp_min değerlerinizi eşdeğer bir minimum enerji belirsizliğine (c ile çarpın) dönüştürmenin, nükleer boyutlarla sınırlı parçacıkların neden bu deneyin 100 MeV fotonuyla eşleşen, onlarca MeV gibi muazzam minimum enerji taşıması gerektiğini haklı çıkarmaya nasıl yardımcı olduğunu açıklayın.
5 · Uzat
- Tarihsel olarak fizikçiler bir zamanlar beta bozunumunda yayılan elektronların önceden çekirdeğin 'içinde depolanıp depolanmadığını' merak ediyorlardı. Bu belirsizlik ilkesi argümanı (nükleer ölçekle sınırlı elektronlar, beta bozunum elektronlarının gerçekte sahip olduğundan çok daha fazla enerjiye ihtiyaç duyacaktır), elektronların çekirdeğin içinde önceden var olmadıkları, bozunma anında YARATILDIKLARININ temel kanıtıydı.
- Heisenberg-elektronundaki elektronun aksine, bu deney açıkça kütlesiz bir fotonu modelliyor ve p = √(2mK) yerine p = E/c momentumunu kullanıyor. Bir fotonun momentum formülünün büyük bir parçacığınkinden neden farklı olması gerektiğini açıklayın.
Bu Deneyin Arkasındaki Fizik
Nükleer Ölçekte Belirsizlik
Kütlesiz bir foton da dahil olmak üzere herhangi bir parçacığı Δx ≈ 10⁻¹⁵ m dahilinde sınırlamak, 10⁻²⁰ kg·m/s düzeyinde minimum momentum belirsizliği Δp ≥ ℏ/(2Δx) gerektirir; bu, çekirdeklerin içinde gerçekte bulunan parçacıklar için gözlemlenen enerjileri çok aşan enerjilere karşılık gelir.