Teilchenbeschleuniger und Heisenbergsche Unschärferelation

In Beschleunigern schießen wir Teilchen mit sehr hohem Impuls aufeinander, um ihre Struktur auf sehr kleinen Längenskalen zu untersuchen. Hat das etwas mit dem HUP zu tun, das sich mit der Ausbreitung von Schwung und Raum befasst?

Verwandt, wenn wir ein Proton auf genau sagen wir 1 GeV beschleunigen, dann kennen wir genau seinen Impuls. Aber für Teilchen mit hohem Impuls schrumpft auch die Broglie-Wellenlänge, die Teilchenposition wird genauer. Aber das würde gegen HUP verstoßen.

Was passiert mit Teilchen mit hohem Impuls und ihrer Impulsausbreitung?

Danke

Gute Frage. Meine Neugier dabei ist die Rolle, die die Interaktion (über EM) mit der Beschleunigermaschine selbst bei der Ausbreitung der Wellenfunktion spielt. Es scheint, dass Sie innerhalb einer bestimmten Grenze aufgrund von Quantengrenzen Teilchen aus dem Beschleuniger nicht zuverlässig auf ein Ziel "schießen" könnten. Das würde erfordern, es in erster Linie in ein leeres Feld zu entlassen (glaube ich), so dass eine Rolle, die das Babysitten der Flugbahn des Teilchens durch EM-Felder spielt, darin besteht, die Welle des Teilchens nicht viel größer als die Quantengrenze zu halten.

Antworten (4)

Der Grund, warum Beschleuniger an Energie zunehmen, ist, um kleinere Entfernungen untersuchen zu können, je kleiner die Wellenlänge, desto mehr Details wie bei der Optik.

Die De-Broglie-Wellenlänge beschreibt nicht den Ort des Teilchens in der Raumzeit, also die Funktion des Wellenpakets, wie in dieser Notiz von Hans de Vries erläutert: Die De-Broglie-Wellenlänge ist eine Folge des HUP.

Diese Protonen im Beschleuniger sind Wellenpakete und haben keine eindeutige Frequenz, und wegen HUP ist es nicht möglich, genau 1 GeV Energie zu haben.

Die Sache ist,

Δ P Δ X = 2 (Überprüfen Sie die Größe von H gegen 1  GeV )

Schnelle Antwort: Es ist ein Größenordnungsproblem

Lange Antwort:

Wenn Sie einen Teilchenbeschleuniger haben, beschleunigen Sie Ihr Proton nicht auf genau ein GeV. Denn bei einem GeV, wird unbedeutend klein und die Änderung der Geschwindigkeit ist aufgrund relativistischer Effekte noch unbedeutender (bei Geschwindigkeiten nahe C , Teilchen werden nicht nur ein bisschen schneller, für viel Energie). Außerdem verliert das Proton (unter der Annahme eines Ringbeschleunigers) ständig Energie, da es ein geladenes Teilchen in einem Magnetfeld ist. Und ein Proton besteht aus einer Quark-Gluon-Mischung, also wäre die Definition, wo es sich befindet, sehr interessant. Elektronen haben derzeit keine Untergrenze in ihrer Größe und sind ein besseres Thema für diese Art von Frage.

Hallo Mäuseterminator. Willkommen bei Physics.SE. Wir haben die MathJax-Rendering-Engine auf der Website aktiv, die es Ihnen ermöglicht, Mathematik in einer LaTeX-ähnlichen Form zu schreiben, und dies ist die bevorzugte Methode. Ich habe dies für Sie getan und die Gelegenheit genutzt, um einige geringfügige Änderungen vorzunehmen.
Beachten Sie, dass Bremstrahlungsverluste bei massereicheren Teilchen schnell abnehmen und daher bei Protonen viel geringer sind als bei Elektronen. Daher ist das Argument, das Sie auf dieser Grundlage vorbringen, nicht wirklich korrekt.
Ja, Bremstrahlung ist für Protonen geringer, daher gibt es natürlich einen Nachteil bei der Verwendung von Elektronen. Das Argument mit der Bremsstrahlung zielte jedoch auf die Genauigkeit einer Protonenenergie von 1 Gev ab (was eigentlich ziemlich niedrig ist, es ist nur ein bisschen mehr als die Ruhemasse). Da Sie also ständig Energie verlieren, können Sie die genaue Protonenenergie nicht kennen.

Danke für alle Antworten! Nachdem ich sie studiert und selbst noch etwas nachgedacht habe, ist hier meine Antwort auf meine Fragen. (Auch hier sind alle Antworten sehr willkommen.)

  1. Teilchen mit höherem Impuls haben eine kürzere De-Broglie-Wellenlänge. Die De-Broglie-Wellenlänge hat nichts mit HUP zu tun. Die Abstände zwischen den Wellenbergen sind für Teilchen mit höherem Impuls kürzer. Sie erhalten sozusagen eine höhere Auflösung. Aber wenn Sie einen genauen Impuls haben, egal wie hoch, werden die Wahrscheinlichkeiten, das Teilchen im Weltraum zu finden, durch Sinuswellen dargestellt. Sie sind nur kürzer/dichter für einen höheren Impuls. (Und niedriger, sodass die Gesamtwahrscheinlichkeit eins ist.)

  2. Um lokalisierte Wellenpakete zu erhalten, benötigen Sie eine Überlagerung vieler Sinuswellen, dh eine große Unsicherheit in Ihrem Impuls. Aber wie toll? Nach HUP reichen Abweichungen in der Größenordnung von h aus. Bei Teilchen mit großem Impuls wie in Teilchenbeschleunigern, bei Impulsen, die viele Größenordnungen höher als h sind, werden bereits kleine Abweichungen das Teilchen im Raum lokalisieren. Die Begründung in Punkt 1. spielt also keine große Rolle. Die hochauflösenden Wellen funktionieren nur, wenn der Impuls sehr präzise ist, präzise in der Größenordnung von h.

  3. Aufgrund der Relativitätstheorie und des Geschwindigkeitslimits c sowie der Verbindung von Raum- und Impulsmessung durch HUP muss es auch eine Grenze bei der Lokalisierung und Einengung von Teilchen geben. Wenn der Impuls relativistische Grenzen erreicht, findet Teilchenerzeugung statt.

Beachten Sie, dass die Heisenberg-Unschärferelation nur die Genauigkeit betrifft, mit der die beiden Größen bekannt sind, nicht ihre Größe. In

Δ P Δ X 2
wir sehen Δ P aber nicht P .

Das heißt, die Größe des Impulses spielt für die Unschärferelation überhaupt keine Rolle.