Безмассовые заряженные частицы

Нет ничего сложного в том, чтобы записать теорию, включающую безмассовые заряженные частицы. Простой$\mathcal{L} = \partial_{\mu} \phi \partial^{\mu} \phi^*$для сложного поля$\phi$сделает работу. У вас могут возникнуть проблемы с перенормировкой, но я не хочу вдаваться в подробности здесь (в основном потому, что здесь есть лучшие люди, которые могут при необходимости заполнить детали).

Не обращая внимания на теорию, эти частицы было бы легко наблюдать, если предположить их достаточно высокую плотность. Кроме того, как вы, вероятно, знаете, частицы в Стандартной модели обязательно распадаются (рано или поздно) на более легкие частицы, пока выполняются законы сохранения (например, закон сохранения электрического заряда). Таким образом, предположение о существовании безмассовых заряженных частиц немедленно сделало бы всю заряженную материю (в частности, электроны) нестабильной, если только эти новые частицы не отличались бы какими-то другими квантовыми числами.

Теперь, если вы не упомянули конкретно об электрическом заряде, ответ был бы проще, поскольку в наших моделях есть безмассовые (цветовые) заряженные глюоны. Так что определенно нет ничего странного в рассмотрении безмассовых заряженных частиц. Вам решать, считаете ли вы электрический заряд более важным, чем цветовой.

Другой подход к этому вопросу состоит в том, что частицы Стандартной модели (и, в частности, заряженные) были безмассовыми до электросимметричного нарушения (по крайней мере, без учета других механизмов генерации массы). Так что в какой-то момент в прошлом это было довольно распространенным явлением.

Безмассовые заряженные частицы не могут существовать в Природе, потому что они легко производились бы коллайдерами, а их не было. Такое производство просто возникло бы из диаграммы Фейнмана с промежуточным фотоном, который «расщепляется» на новую заряженную безмассовую частицу и ее античастицу. Сечение этого процесса было бы вычислимым, и никак не малым.

Кроме того, постоянная тонкой структуры$\alpha=1/137.036$, выражающий силу электростатических взаимодействий в натуральных единицах, не является реальной константой. Он работает. Однако он работает только в таких масштабах энергий, при которых существуют более легкие заряженные частицы. В Природе это означает, что константа работает только над массой электрона или позитрона — легчайших заряженных частиц.

Если бы существовали безмассовые заряженные частицы, электрон и позитрон стали бы нестабильными — одна проблема — и постоянная тонкой структуры ускорилась бы до$\alpha=0$на очень больших дистанциях - другая проблема, и ее явно нет. Таким образом, безмассовые заряженные частицы теоретически невозможны в нашем мире — если предположить, что мы эмпирически знаем некоторые вещи, такие как тот факт, что на больших расстояниях существует ограничивающая кулоновская сила.

Ответ Любоша хорош для современной вселенной. Здесь я отвечаю на дублированный вопрос: «Может ли безмассовый объект иметь связанный с ним заряд? [Дубликат]» .

В стандартной модели физики элементарных частиц до нарушения симметрии в космологической модели существуют все симметрии и существуют все частицы с их квантовыми числами. Калибровочные бозоны имеют нулевую массу до нарушения симметрии, а также все фермионы до этого имели нулевую массу. Итак, если мы включим в вопрос время Вселенной, ответ будет положительным. Эксперименты не достигли энергий и условий, необходимых для воспроизведения условий до нарушения симметрии, поэтому ответ для современных частиц дается ответом Любоша.

Не бывает безмассовых частиц без электрического заряда. Все фермионы имеют массу, а лептоны, не являющиеся нейтрино, имеют электрический заряд. Кварки также имеют электрический заряд. Бозоны W+ и W- имеют массу и заряжены. Итак, насколько нам известно, все частицы, обладающие зарядом, имеют разумную массу. Однако частица с зарядом и с наименьшей массой – это электрон (и позитрон).

Поскольку можно сказать, что частица существует только в том случае, если она может выразить свое существование, свои свойства во взаимодействиях, если она обладает энергией, а локализованная энергия является источником гравитации, и мы определяем массу как нечто, что оказывает и ощущает гравитацию, то не может существовать безмассовых частиц. . (То есть, если мы определим частицу как сущность, которая всегда имеет четко определенное положение — чего нет у безмассовой частицы, такой как фотон, с ее собственной точки зрения, ее передача вообще не занимает времени.)

Казалось бы, наше нынешнее понимание физики предсказывает, что заряженная безмассовая частица не будет притягиваться или отталкиваться какой-либо другой заряженной частицей, потому что ускорение, вызванное разницей зарядов, вызвано силой, и$F=ma$. Если бы существовала заряженная безмассовая частица, она могла бы влиять на движение заряженных массовых частиц, не затрагивая себя, что нарушило бы третий закон движения Ньютона. Это не означает, что такая частица не может существовать, но кажется, что это нарушило бы наше понимание физики.

Предположим, что такая частица существует. Вопрос в том, что произойдет, если он попадет в электрическое поле? Рассмотреть возможность$p$($m = 0$,$q > 0$) вхождение в электрическое поле$E_i$, на многообразии$M (i,j)$

Это следует из того$F_i = 0$поскольку$m = 0$означает либо$q = 0$или же$E = 0$, но это не так,$F_i$(электрическое поле ) не равно$F_i$(сила Ньютона)

Рассмотрим ту же ситуацию, мы можем написать следующее

Еще раз отметим, что$F_i = 0$а также$F_j$не существует в измерении$e^i$, но лежит на том же многообразии, что и$F_i$. Мы можем использовать матрицу$A_i{}^j$преобразовывать$F_j$к$F_i$, т.е.$F_i = A_i{}^j F_j$, это означает$A_i{}^j = 0$. Это может быть только в том случае, если угол между двумя силами$\theta$дан кем-то:

Так что такая частица была бы стационарной в нашем измерении (или мчалась бы сквозь пространство со скоростью$c$, его скорость не определена), но одно можно сказать наверняка, что он не привязан к нашему пространству-времени.

Если подумать математически, то если разделить закон силы Кулона на массу заряда, то получим его ускорение. Если существует безмассовый заряд, то для$M=0$, тогда.$\dfrac{KQ_1Q_2}{R^2}$.$M$даст бесконечное ускорение, которое приведет к бесконечной скорости!!

НЕВОЗМОЖНО!! интересно