Если одинаковые заряды отталкиваются, то почему заряд не распадается на части?

Составные частицы, такие как протоны, не распадаются из-за сильного взаимодействия , которое удерживает их составляющие (кварки) вместе. Элементарные частицы , такие как электроны, не распадаются, потому что они являются точечными частицами, т.е. не состоят из «частей» (если Стандартная модель верна).

Это был один из тех больших вопросов в 19 веке. Это до сих пор вызывает некоторое недоумение. Если у вас есть составная система, такая как ядро ​​атома, необходима какая-то другая сила. Эта сила, конечно, является ядерным взаимодействием. Это удерживает протоны от разлета, хотя для некоторых нестабильных ядер существуют переходы, которые выбрасывают заряженные частицы, электроны или позитроны из-за слабых взаимодействий. В случае протона он состоит из трех кварков, и они связаны друг с другом взаимодействием КХД (квантовой хромодинамики). Калибровочные бозоны, называемые глюонами, наиболее сильно взаимодействуют при низкой энергии, и они удерживают кварки с зарядами.$2/3,2/3,-1/3$в связанном состоянии.

С точечными частицами, такими как электрон и другие лептоны и кварки, все немного загадочнее. Обычно мы не рассматриваем такие частицы как составные, хотя это не помешало людям предложить составные части, называемые преонами или ришонами.

Возникает проблема с определением массы электрона или любой точечной электрически заряженной частицы. Масса электрического поля

Более стандартный подход к этому — перенормировка. Скриншот этого, чтобы посмотреть на этот интеграл с переменными$p~=~1/r$поэтому в этом интеграле выше$\mathrm dr/r~\rightarrow~-\mathrm dp/p$. Здесь мы думаем об импульсе и длине волны или положении как о взаимно связанных отношениях. Затем этот интеграл вычисляется для конечного$r$как эквивалент оценки для конечного отсечки импульса$\Lambda$

У нас есть другой способ взглянуть на это. Это сводится к вопросу о том, что мы подразумеваем под «составным». Это также заставляет нас задуматься о том, что мы подразумеваем под локальностью операторов поля. Магнитный монополь Дирака представляет собой соленоид с отверстием в бесконечную катушку. Условие для монополя Дирака состоит в том, что фаза Ааронова-Бома квантовой системы равна нулю, когда она проходит «трубку» соленоида.$\psi~\rightarrow~\exp\left(ie/\hbar\displaystyle\oint{\vec A}\cdot ~\mathrm d{\vec r}\right)\psi$. Это можно сравнить с «отрезанием хвоста» у заряда магнитного монополя. Исчезновение этого эквивалентно высказыванию

Это означает, что если у нас есть электрический заряд, мы можем использовать механизм перенормировки, чтобы проиллюстрировать, как вакуум вокруг него поляризуется виртуальными частицами в соответствии с$\alpha~=~\frac{e^2}{4\pi\epsilon\hbar c}$. Электрический заряд сравнительно слаб по силе при умеренной поляризации вакуума, расширенного на порядки.$\alpha$за$N$внутренние линии или петли. Это S-двойственное отношение говорит нам, что, хотя это и скромно, магнитный монополь очень силен, а вакуум представляет собой «пчелиное гнездо» множества частиц. Тогда это означает, что двойное электрическое поле представляет собой магнитное монопольное поле, которое в некотором роде кажется составным.

Это означает, что в некотором смысле у нас есть вопросы, которые необходимо задать о местонахождении полевых операторов. Что-то, что кажется локальным, точечным и «хорошим», может быть двойственным чему-то, что кажется не таким локальным, более составным и неперенормируемым. В результате остаются открытыми вопросы по этому поводу, и даже Фейнман согласился с Дираком, что ситуация с КЭД не вполне удовлетворительна.

Когда у вас есть заряженный объект, например заряженная металлическая сфера, конечно, заряды на поверхности сферы мешают друг другу. Из-за этого эффекта заряд равномерно распределяется по сфере.
Однако эти эффекты недостаточно велики, чтобы на самом деле разрушить сферу или что-то в этом роде.

Если ваш объект заряжен достаточно высоко, могут быть разряды на другие объекты (например, воздух) из-за разности потенциалов.

Глядя на электрон: это субатомная частица и не может быть разделена пополам. Это не объект, несущий заряд. Заряд является фундаментальным свойством самого электрона.

Протоны содержат два$\frac{2}{3}$-положительно заряженные ап-кварки и один$\frac{1}{3}$-отрицательно заряженный даун-кварк. Кварки склеены между собой посредством глюонов. Они создают необходимую силу, чтобы удерживать протон вместе. Кварки также являются элементарными частицами согласно Стандартной модели.

Используя ускоритель частиц, вы можете сталкивать протоны и другие частицы друг с другом . В этом случае можно разрушить связи между кварками и создать новые частицы.

Одноименные заряды отталкиваются за счет электромагнитного взаимодействия, которое опосредовано обменными частицами (калибровочными бозонами), называемыми фотонами. Поскольку фотон не имеет массы, электромагнитная сила имеет бесконечный диапазон, и все одинаковые заряды будут пытаться отделиться друг от друга. Однако те, которые не удерживаются вместе силой, которая не является электромагнитной по своей природе, силой притяжения, такой как Сильная ядерная сила или гравитация.

Хорошо известно, что протон состоит из uud-кварков, и причина, по которой отталкивающиеся вверх кварки, каждый из которых имеет элементарный заряд +2/3, не отделяются друг от друга, связана с еще большей силой, удерживающей их вместе, из-за потока трубки между ними очищают глюонное поле, вызывая стабильность. Это также тезка сильного ядерного взаимодействия, без которого не существовало бы материи.

Существует также единица заряда в масштабе элементарной частицы. Эта неделимость согласуется с тем, почему электрон не может разбиться на меньшие заряды, он ЕСТЬ самый маленький заряд. Согласно современному пониманию, электрон является точечной частицей с точечным зарядом и не имеет пространственной протяженности. Попытки моделировать электрон как неточечную частицу считаются несовместимыми с реальностью.

Другая точка зрения состоит в том, чтобы рассматривать электрон как квантово-механически размытый из-за его постоянной связи с генераторами электромагнитного поля. Такая конструкция довольно "мягкая" и ее легко возбуждать - излучать и поглощать мягкие фотоны. В этом смысле данная конструкция не является элементарной и точечной. Таким образом, точечное сходство является включающим, а не «эластичным» изображением .

Я хотел бы добавить, что если мы не рассматриваем элементарные частицы, а думаем о тех заряженных сферах из металла, они действительно могут разбиться. Если продолжать удалять электроны из материального блока и защищать разряд от соседней атмосферы, то через некоторое время отталкивание между одноименными зарядами станет сильнее, чем их сила сцепления химических связей, и материал взорвется. Это явление известно как кулоновский взрыв. В основном это наблюдается в наночастицах и используется для генерации энергичных ионов.