三浦ノート

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1000ボルトで加速した電子の位置と運動量の測定不確定性

問題

1000ボルトで加速した電子の位置 x と運動量 p を,同時に測定することを考える.位置の精度を 10-10 m で測定できたならば,運動量成分は何パーセント程度の測定となるか.

解答

電子の持つエネルギーは eV [J] である.(e:電荷素量.V = 1000)

ポテンシャルエネルギーを考えないとすると, eV は電子の持つ運動量エネルギーと等しい.

よって, eV = p2 / (2me) (meは電子の質量)なので, \[p = \sqrt{2 m_e eV} \fallingdotseq 1.708\times 10^{-23} \] である.

位置と運動量の不確定性関係より,位置の精度 Δx と運動量の精度 Δp の積は少なくとも,

(Δx)2(Δp)2 = $\frac{\hbar^2}{4}$

である.Δx = 10-10 なので,Δp = $\frac{\hbar}{2}\times 10^{10} \fallingdotseq 5.273 \times 10^{-25}$となる.

よって,この運動量値 p に対する測定の精度 Δp の割合は Δp / p ≒ 0.031 である.すなわち,3.1%程度の精度の測定となる.