Μικροσκόπιο ακτίνων γ Heisenberg

Το μικροσκόπιο ακτίνων γ του Heisenberg είναι ένα μικροσκόπιο πολύ υψηλής ανάλυσης που χρησιμοποιεί ακτίνες γάμμα υψηλής ενέργειας για φωτισμό. Ωστόσο, αυτό το μικροσκόπιο δεν υπάρχει προς το παρόν, αλλά ο Heisenberg φαντάστηκε ότι μπορούσε να δει και να εντοπίσει τη θέση ενός ηλεκτρονίου με μεγάλη ακρίβεια. Αυτό το μικροσκόπιο υψηλής ανάλυσης χρησιμοποιεί φως υψηλής ενέργειας, δίνοντας στο ηλεκτρόνιο ένα μεγαλύτερο λάκτισμα. Σύμφωνα με την αρχή της αβεβαιότητας, είναι σαφές ότι όσο πιο ακριβής προσπαθούμε να προσδιορίσουμε τη θέση του ηλεκτρονίου, τόσο λιγότερο ακριβής ή πιο αβέβαιη θα είναι η ορμή του. Οι θεωρίες του έχουν μεγάλη σημασία στη φυσική, δίνοντας στον κλάδο της κβαντικής φυσικής μια νέα κατεύθυνση.

Τι είναι οι ακτίνες γάμμα;

Οι ακτίνες γάμμα είναι το προϊόν της ραδιενεργής αποσύνθεσης των ατομικών πυρήνων και των υποατομικών σωματιδίων. Έχουν το μικρότερο μήκος κύματος (μικρότερο από τις ακτίνες Χ) αλλά έχουν τις υψηλότερες ενέργειες. Όταν αυτές οι ακτίνες έρχονται σε επαφή με κύτταρα μπορεί να τα σκοτώσει. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη θανάτωση καρκινικών κυττάρων μέσω ακτινοβολίας.

Μικροσκόπιο ακτίνων γ Heisenberg

Στη διορθωμένη εκδοχή του μικροσκοπίου ακτίνων γ από τον Heisenberg, ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο θα καθίσει ακριβώς κάτω από το κέντρο του φακού των μικροσκοπίων, σχηματίζοντας έναν κυκλικό κώνο γωνίας 2Α. Στη συνέχεια, θα φωτίσουμε το ηλεκτρόνιο από τα αριστερά με ακτίνες γ. Σύμφωνα με την αρχή της κυματικής οπτικής, ένα μικροσκόπιο είναι ικανό να αναλύει αντικείμενα σε μέγεθος, δηλαδή Δx. Η έκφραση αυτής της σχέσης είναι η εξής:

Δx =L / (2sinA)

Στην κβαντομηχανική, οι ακτίνες γάμμα που χτυπούν το ηλεκτρόνιο το μετακινούν καθώς τείνουν να συμπεριφέρονται σαν σωματίδια. Στην περίθλαση ενός ηλεκτρονίου στον φακό του μικροσκοπίου, το ηλεκτρόνιο εκτρέπεται προς τα δεξιά. Για την παρατήρηση, οι ακτίνες γάμμα πρέπει να σκεδάζονται σε οποιαδήποτε γωνία εντός του κώνου της γωνίας 2Α. Η εξίσωση είναι η εξής:

p =h / L,

h =σταθερά Planck (τιμή=6,62607015 × 10−34 joule δευτερόλεπτα)

p’x =(h sinA ) / L’,

L’ =μήκος κύματος της εκτρεπόμενης ακτίνας γάμμα.

Σε μια ακραία περίπτωση, όταν οι ακτίνες γάμμα υποχωρούν προς τα πίσω χτυπώντας την αριστερή άκρη του φακού του μικροσκοπίου. Η έκφραση για τη συνολική ορμή θα είναι:

p”x – (h sinA ) / L”.

Η τελική ορμή είναι πάντα ίση με την αρχική ορμή σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ορμής. Έτσι, η έκφραση για την τελική ορμή θα είναι:

p’x =(h sinA ) / L’ θα είναι ίσο με το p”x – (h sinA ) / L”

Υποθέστε το A ως μικρό, τότε έχουμε:

p”x – p’x =Δpx ~ 2h sinA / L [L’ ~ L” ~ L]

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, Δx =L / (2 sinA ), παίρνουμε την αμοιβαία σχέση μεταξύ της ελάχιστης αβεβαιότητας και της αβεβαιότητας στην ορμή της κατά μήκος του άξονα x. Στην κατεύθυνση x ως:

Δpx ~ h / Δx ή Δpx Δx ~ h.

Μπορούμε να προσθέσουμε το πρόσημο μεγαλύτερο από για τις αβεβαιότητες περισσότερο από το ελάχιστο.

Τι είναι η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg;

Ο Χάιζενμπεργκ, Γερμανός Φυσικός το 1927 πρότεινε την περίφημη αρχή της αβεβαιότητας. Αυτή η αρχή δηλώνει ότι είναι αδύνατο να προσδιοριστεί η θέση και η ορμή οποιουδήποτε σωματιδίου με απόλυτη ακρίβεια ή χωρίς καμία αβεβαιότητα, ταυτόχρονα. Ωστόσο, αυτή η αρχή ισχύει μόνο για μικροσκοπικά σωματίδια όπως ηλεκτρόνια, πρωτόνια ή νετρόνια και όχι για μακροσκοπικά σωματίδια όπως τα αυτοκίνητα. Η αρχή βασίζεται στη δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου της ύλης που δηλώνει ότι η ύλη υπάρχει και ως σωματίδια και ως κύματα.

Δ σελ. Δ x ≥ h/4π.

Δ t ΔE ≥ h/4π

Όπου h=η σταθερά του Planck

Δ=Αβεβαιότητα.

Σημασία του μικροσκοπίου ακτίνων γ Heisenberg

Η σημασία του μικροσκοπίου ακτίνων γ Heisenberg έγκειται στον προσδιορισμό της ακριβούς θέσης ενός ηλεκτρονίου χρησιμοποιώντας τις ακτίνες γάμμα υψηλής ενέργειας.

Λυμένη ερώτηση

Ερώτηση:Έστω ότι ένα ηλεκτρόνιο κινείται με ταχύτητα 40m/s με αβεβαιότητα στην ορμή (Δp) είναι 10−6 της ορμής του. Προσδιορίστε την αβεβαιότητα στη θέση της (Δx) χρησιμοποιώντας τον τύπο αβεβαιότητας του Heisenberg. [Μάζα του ηλεκτρονίου=9,1×10−31 kg].

Λύση:

Σύμφωνα με την ερώτηση:

v =40m/s

m =9,1×10−31 kg

h =6,626×10−34 Js

Δp =10−6

Εφαρμόζοντας τον τύπο ως P =m × v

P =9,1×10−31×40

P =364×10−31 kgm/s ή

Δp =364×10−37

Σύμφωνα με τον τύπο αβεβαιότητας του Heisenberg,

Δ x. Δ p ≥ h/4π

Δ x≥ h/4π Δ p      

Δ x≥1,44 m

Συμπέρασμα

Οι ανακαλύψεις του Heisenberg έχουν μεγάλη σημασία στην κβαντική φυσική μαζί με τις θεωρίες του Schrodinger. Η αρχή της αβεβαιότητας δηλώνει ότι είναι αδύνατο να προσδιοριστούν με ακρίβεια τόσο η θέση όσο και η ορμή οποιουδήποτε σωματιδίου ταυτόχρονα. Ως εκ τούτου, πρότεινε ένα μικροσκόπιο ακτίνων γ, για τον προσδιορισμό της ακριβούς θέσης ενός ηλεκτρονίου χρησιμοποιώντας ακτίνες γάμμα υψηλής ενέργειας με μικροσκόπιο. Οι ακτίνες παράγουν τη διάσπαση και την αποσύνθεση των ραδιενεργών στοιχείων. Έχουν το μικρότερο μήκος κύματος (μικρότερο από τις ακτίνες Χ) αλλά τις υψηλότερες ενέργειες.