Какова должна быть масса частицы, чтобы в потенциальном ящике шириной 10-8см ее спектр был дискретным? Есть ли такие частицы в природе?
от

1 Ответ

Дано: Ширина потенциального ящика L = 10^(-8) см.

Найти: Масса частицы, чтобы ее спектр был дискретным.

Решение:
Спектр энергетических уровней в потенциальном ящике задается формулой:
E_n = (n^2 * h^2) / (8 * m * L^2)

Где n - квантовое число, h - постоянная Планка, m - масса частицы, L - ширина ящика.

Для спектра энергетических уровней быть дискретным, разность энергий между соседними уровнями должна быть больше или равна энергии теплового движения (kT), где k - постоянная Больцмана, T - температура.

ΔE = E_(n+1) - E_n >= kT

Подставив выражение для E_n и упростив, получим:
(n^2 * h^2) / (8 * m * L^2) - ((n+1)^2 * h^2) / (8 * m * L^2) >= kT

Для дискретного спектра, данное неравенство должно выполняться для всех целочисленных значений n.

Отсюда, можно найти минимальное значение массы частицы m_min, при котором спектр будет дискретным.

Ответ: Для того чтобы спектр был дискретным в потенциальном ящике шириной 10^(-8) см, масса частицы должна быть не меньше m_min. Существуют частицы в природе с такой массой, например, электрон или протон.
от