Мне интересно, если профиль плотности массы была охарактеризована для атомных частиц, таких как кварки и электроны. В настоящее время я прохожу вводный курс по квантовой механике, и я задавал этот вопрос нескольким профессорам. Насколько я понимаю, с точки зрения квантовой физики положение частицы определяется функцией плотности вероятности . Я также понимаю, что когда в книгах указывается «радиус» электрона, они обычно имеют в виду некоторый приблизительный диапазон, в который электрон «вероятно» попадет, скажем, одно стандартное отклонение от ожидаемого значения его положения или, может быть, метров.
Однако у меня сложилось впечатление, что с этой точки зрения, независимо от того, где частица «находится» или даже независимо от того, «имела ли частица» какое-либо положение с самого начала (через неравенства Белла), предполагается, что если бы она была (каким-то образом) обнаружена , это будет точечная масса. Это было проверено моими профессорами и GSI. Мне интересно, действительно ли это правда.
Если бы частица действительно была точечной массой, то , где бы она ни находилась , она, по-видимому, имела бы бесконечную массовую плотность. Разве это не сделало бы электроны и кварки неотличимыми от очень маленьких черных дыр? Есть ли практическая разница между утверждением, что субатомные частицы — это черные дыры, и тем, что они представляют собой точечные массы? Я знаю о таких проблемах, как излучение Хокинга, хотя в масштабах радиуса Швархильда электрона (расчет обратной стороны конверта дает метров), действительно ли имеет больше смысла использовать квантовую механику, а не общую теорию относительности?
Если кто-нибудь знает верхнюю границу объема, по которому распределяется электрон/кварк/глюон/что-то еще, мне было бы интересно узнать. Быстрый поиск в Google не дал ничего, кроме «классического» радиуса электрона, о котором я не имею в виду.
Заранее спасибо; с нетерпением ждем ответов.
Позвольте мне начать с того, что ничего не известно о какой-либо возможной субструктуре электрона . Было проведено много экспериментов, чтобы попытаться определить это, и до сих пор все результаты согласуются с тем, что электрон является точечной частицей. Лучшей ссылкой, которую я могу найти, является статья Ганса Демельта 1988 года (к которой я, к сожалению, не могу получить доступ прямо сейчас), которая устанавливает верхнюю границу радиуса .
Каноническим справочником по такого рода вещам является список поисковых запросов лептонной и кварковой составности Particle Data Group . То, что они на самом деле перечисляют в этой ссылке, является не точным ограничением размера электрона в каком-либо смысле, а, скорее, ограничением масштабов энергии, на которых можно было бы обнаружить любую подструктуру, которая может существовать внутри электрона. В настоящее время минимум составляет порядка , что означает, что для любого процесса, происходящего примерно до этой шкалы энергии (т. е. всего на Земле, кроме высокоэнергетических космических лучей), электрон фактически является точкой. Это соответствует масштабу длины порядка , так что это не такая сильная граница, как результат Демелта.
Так вот, большинство физиков (которые заботятся о таких вещах), вероятно, подозревают, что электрон не может быть точечной частицей именно из-за этой проблемы с бесконечной плотностью массы и аналогичной проблемы с бесконечной плотностью заряда. Например, если мы примем наши современные теории за чистую монету и предположим, что общая теория относительности распространяется на микроскопические масштабы, электрон в виде точечной частицы на самом деле будет черной дырой с радиусом . Однако, как объясняется в статье в Википедии, заряд электрона больше, чем теоретически допустимый максимальный заряд черной дыры такой массы. Это означало бы, что либо электрон будет очень экзотичной голой сингулярностью (что было бы теоретически проблематично), либо общая теория относительности должна в какой-то момент разрушиться, прежде чем вы дойдете до этого масштаба. Принято считать, что верно последнее, поэтому так много людей заняты поиском квантовой теории гравитации.
Однако, как я уже упоминал, мы знаем, что какую бы пространственную протяженность ни имел электрон, она не может быть больше, чем , и мы все еще в двух порядках от того, чтобы исследовать это с помощью самого мощного ускорителя частиц в мире. Так что, по крайней мере, в обозримом будущем электрон фактически будет точкой.
Дэвид Заславски дал твердое, относительно независимое от модели объяснение эмпирических ограничений размера электрона, основанное на экспериментах по физике элементарных частиц, которые исследуют масштабы коротких расстояний с использованием столкновений на коротких длинах волн. Есть и другой способ ответить на этот вопрос, который изучали люди, пытавшиеся смоделировать кварки и лептоны как составные части более фундаментальных частиц, называемых преонами. Если преоны ограничены пространством линейного размера , то принцип неопределенности говорит, что их масса-энергия не менее . Но даже при относительно слабом ограничении , это делает массу-энергию преонов больше массы электрона, который они предположительно составляют. Это называется проблемой изоляции. Различные люди (например, 't Hooft, 1979) разработали различные возможные способы решения проблемы ограничения свободы, но, по существу, проблема ограничения делает эти идеи маловероятными.
Электрон, представляющий собой шар с однородной массой и зарядом, не согласуется с его наблюдаемым гиромагнитным отношением.
Заряд должен быть вытолкнут, а масса должна быть вытолкнута сравнительно внутрь, чтобы удовлетворить существующему соотношению около 2.
подставьте в уравнение Хокинга, чтобы установить площадь Шварцшильда для унитарного состояния, таким образом: U_A = 4Ghbar * c ^ 2 и предположите, что электрон является частицей с одним состоянием. Так, его евклидов радиус 1,4190e-14 метров, объем 1,19686e-41 м^3 и евклидова плотность 7,6110e10 кг-м^-3.
Просто удар в темноте.
Сян
клеви
Сян
пользователь4552
Абхиманью Паллави Судхир