將伽馬射線光子限制在核尺度

1·預測

如果你試圖將光子限制在單一原子核內（大約一飛米寬），不確定原理需要巨大的最小動量不確定性。這是否有助於解釋為什麼原子核內永遠找不到自由電子？

• 不確定原理不適用於核尺度。
• 限制核規模需要非常小的動量不確定性。
• 是的——將任何輕粒子限制在核尺度內都需要動量不確定性（因此也需要能量）遠大於實際觀察到的逃離原子核的動量不確定性，從而排除了存在於核內的電子。

2·設定

1. 開啟 gamma-confinement 預設並按下 Reset。此預設模擬了限制在飛米 (10⁻15 m) 尺度附近的 100 MeV 光子。
2. 啟用最小動量不確定度讀數。
3. 設定每次試驗的限制區域 Δx（接近核尺度）並記錄最小可能的動量不確定性。

3·收集數據

針對三次試驗，繪製Δp（Y軸）相對1/Δx（x軸）的關係圖。

4·分析

1. 對於其中一次試驗，使用ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s，計算Δp_min = ℏ/(2Δx)。將結果與表格比較——請注意這些數值大約是heisenberg-electron實驗中數值的10⁵倍，因為這裡的Δx大約小10⁵倍。
2. 對光子來說，動量與能量的關係為 p = E/c。解釋如何將 Δp_min 值轉換為等效的最小能量不確定性（乘以 c）有助於證明為什麼限制在核維度的粒子必須攜帶巨大的最小能量（數十 MeV，與本實驗的 100 MeV 光子相匹配）。

5·擴展

1. 歷史上，物理學家曾一度懷疑β衰變中放出的電子是否事先「儲存在」原子核內部。這一基於測不準原理的論證（被束縛在核尺度內的電子所需能量將遠大於實際β衰變電子所具有的能量）成為關鍵證據，證明電子是在衰變那一刻被「創造」出來的，而非預先存在於原子核內。
2. 與 heisenberg-electron 中的電子不同，該實驗使用動量 p = E/c 而不是 p = √(2mK) 明確模擬無質量光子。解釋為什麼光子的動量公式必須與大質量粒子的動量公式不同。

這個實驗背後的物理原理

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