γ射线与氢原子相互作用

Overview

一段 1920 × 1080 px、时长约 20 s 的 Manim 动画，展示高能 γ‑射线（波浪形）从电子正上方垂直向下精准撞击氢原子轨道电子的过程，并在 B⊙（垂直纸面向外）的均匀磁场中呈现三个带电粒子的真实运动轨迹**（轨迹均按 10 倍比例放大）**。

• 质子（红点）始终位于坐标原点，保持可见 （在 7 s 时淡出）。
• γ‑射线 以黄色半透明正弦波形式出现，波长足够长，从 y = +5 的正上方垂直向下移动，其下降速度已略微调慢，以确保恰好在外层电子经过该垂线上方时相交。
• 撞击瞬间产生 闪光，随后 电离电子（蓝）、正电子（绿） 与 新生电子（红） 全部从碰撞点 发射，且它们的 初始速度方向 与外层电子在碰撞瞬间的瞬时速度方向 相同（即顺时针圆周运动在 +X 点的切向方向，指向 –Y）。
• 轨道半径保持原始 1.0 units，使得电子在碰撞后仍在画面中心附近运动，轨迹清晰可见。
• 轨迹半径、偏转方向、能量标注以及公式均依据相对论动量守恒进行物理准确的呈现。

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Phases

#	Phase Name	Duration	Description
1	Hydrogen Atom	~3 s	红点 p⁺ 位于原点，周围绘制半径 1 unit（原先 1 unit）的青色虚线 Bohr 圆。蓝点 e⁻（标注 ①）顺时针匀速沿该圆周旋转（保持恒定线速度），因此在 +X 位置的碰撞点坐标为 (+1, 0)。
2	γ‑ray Arrival	~2 s	半透明 黄色 sinusoidal wave 从画面正上方 y = +5 垂直向下移动，波长足够长（≈ 2 units）以保证整段波形在碰撞前仍在画面内。下降速度已略微降低（相较于原规格慢约 10 %），并重新校准起始时间，确保在 蓝电子恰好到达 X 轴正方向（+X = +1）的位置时 与其相交，实现更精准的同步碰撞。
3	Interaction Flash	~0.8 s	当波峰触及蓝电子时，出现 强白色闪光（0.2 s 内快速扩散后淡出）。蓝电子瞬间消失，三个新粒子（蓝、绿、红）全部从同一点——即碰撞点 (+1, 0)——射出，其初始速度方向与外层电子在该点的切向方向（指向 –Y）相同。
4	Particle Tracks & Atom Fade‑out	~20 s (直至 ② 绿 e⁺ 与 ③ 红 e⁻ 均减速为 0并停止)	右上角显示磁场符号 “B⊙”（磁场垂直纸面向外）。 • ① 蓝 e⁻ (电离)：初始动量增大，导致 初始半径约 7 – 8 units（原 0.7‑0.8 units ×10），在磁场中形成右弧线并持续向外运动，因外层电子的起始半径较小，电离电子的轨迹仍在画面中心可见。 • ② 绿 e⁺ (正电子)：同样 向 –Y 的切向初速度，但因 正电荷 在 B⊙ 场中受到相反洛伦兹力，圆心指向 ‑X（质子方向），形成左螺旋多圈，初始半径约 12 units（原 1.2 units ×10），在约 7 s 时已停止并淡出。 • ③ 红 e⁻ (负电子)：亦 向 –Y 的切向初速度，初始半径 ≈ 12 units（原 1.2 units ×10），向右螺旋后半径指数衰减（α = 0.15），最终减速至 0 并停在核附近。 • 原子消失：在 t≈7 s（光‑物质相互作用后），中心 质子 p⁺ 与 基态 Bohr 圆 同时淡出，表示氢原子已被电离并不再存在。三条轨迹的出射方向仍保持约 120° 的相对分布（相对于各自的切向方向）。 标签位置已微调：① 的标签位于轨迹上方，避免与底部公式重叠；②、③ 的标签分别向左/右偏移，防止在约 13 s 时相互覆盖。
5	Outro / Formula Display	~2 s	底部出现两行公式： 1. 反应式 γ → e⁻ + e⁻ + e⁺（保持原有）。 2. 动量守恒 p_γ = p₁ + p₂ + p₃。 3. 相对论能量 E = √[(c p)² + (m c²)²]。画面保持 2 s 后淡出，标题短暂残留。

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Layout

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│                     MAIN AREA               │
│   (full‑screen coordinate system, particles │
│    and magnetic‑field indicator)            │
├─────────────────────────────────────────────┤
│                BOTTOM AREA                  │
│   Caption / formulas                        │
└─────────────────────────────────────────────┘

Area Descriptions

Area	Content	Notes
Top	标题 “γ射线与氢原子相互作用”，白色大号字体。	在 Phase 1 开始时淡入，直至动画结束仍保持可见。
Main	- 灰色坐标轴（无数值标记） - 磁场符号 “B⊙”（右上角） - 红色质子 p⁺（居中，在 7 s 时淡出） - 青色虚线 Bohr 圆（半径 1 unit，在 7 s 时淡出） - 顺时针匀速旋转的蓝色轨道电子（原子外层电子）并标记 ①（半径 1 unit） - 黄色 sinusoidal γ‑ray（半透明、波长≈2 units、从 y=+5 垂直向下，下降速度略微降低） - 瞬间白色闪光 - 三条轨迹：① 蓝 e⁻ （电离，初始半径 7‑8 units，持续至其他两粒子停下仍向外运动） ② 绿 e⁺ （正电子）（初始半径 12 units） ③ 红 e⁻ （负电子）（初始半径 12 units） - 每条轨迹末端的彩色标签已偏移，避免在约 13 s 时相互覆盖及与底部公式重叠 - 能量标注已删除（原位于右上角）	背景为深蓝“太空”色，以提升轨迹对比度。
Bottom	公式行： γ → e⁻ + e⁻ + e⁺ p_γ = p₁ + p₂ + p₃ E = √[(c p)² + (m c²)²]	在 Phase 5 开始时出现，保持整个 Phase 5 的 2 s。

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Notes

• 分辨率：1920 × 1080 px，16:9。
• 背景：深蓝太空色，突出亮色轨迹。
• γ‑射线：黄色半透明正弦波，波长约 2 units，从 y = +5 垂直向下，振幅 ≈ 0.2 units，下降速度已略微降低（约比原设慢 10 %），并重新校准起始时间，确保与外层电子在 +X = +1 点同步碰撞。
• 磁场方向：使用 B⊙（垂直纸面向外），负电子 在磁场中受到向 右 的洛伦兹力，正电子 受到向 左 的洛伦兹力。
• 轨道半径：外层电子的 Bohr 圆 r = 1 unit，因此碰撞点位于 (+1, 0)。电离后产生的蓝电子、正电子、负电子的轨迹半径均放大 10 倍（分别约 7‑8 units、12 units、12 units），以便在画面中更清晰展示。
• 电子运动方向：在 Phase 1 中，外层电子 顺时针匀速圆周运动。碰撞点 (+1, 0) 的瞬时速度指向 ‑Y，所有由光子产生的粒子（①、②、③）在 同一方向（‑Y） 发射。
• 碰撞时机：γ‑射线在 蓝电子到达 X 轴正方向（+X = +1）时精准撞击，二者在空间上完全重合。
• 出射方向：光子湮灭产生的三个粒子相对彼此保持约 120° 的角分布，但它们的 共同初始切向方向 与外层电子在碰撞点的切向方向相同（‑Y）。
• 标签顺序：① 为蓝电离电子，② 为 绿正电子，③ 为 红负电子。
• 标签位置：已在 Phase 4 中微调，① 的标签位于轨迹上方，避免与底部公式重叠；②、③ 的标签分别向左/右偏移，防止在约 13 s 时相互覆盖。
• 能量标注：已从右上角移除（如需可左移至画面左上角，但本规格中已删除）。
• 闪光效果：白色瞬时爆炸，0.2 s 内快速扩散至约 2 units 半径后淡出。
• 标签：颜色与轨迹一致，白色文字用于标题与公式。
• 轴线：灰色，带白色小刻度线，无数值标注。
• 场景约束：所有元素均在单一 Manim Scene 中实现，无旁白。
• 淡出：Phase 5 结束后整体淡出约 0.5 s，标题短暂保留 0.2 s。
• 原子消失：在 7 s 时，中心质子与基态 Bohr 圆同步淡出，避免正电子与氢原子间距的科学性问题。
• 代码版本：请使用 2026‑05‑24 22:11 时的代码（即该时间点对应的视频版本）进行渲染，确保所有实现细节与该版本保持一致，任何之后的改动均不纳入本次渲染。