Насколько близко друг к другу может оказаться пара свободных электронов с антипараллельными магнитными моментами?

См. иллюстрацию ниже:

Антипараллельная электронная пара

Есть ли расчет-предсказание минимального расстояния между антипараллельной парой электронов из-за ее отталкивания одноименного заряда?

Должно ли существовать равновесие между магнитным притяжением и зарядовым отталкиванием? (два электрона на иллюстрации, антипараллельные магнитные моменты NS и SN будут притягивать два электрона вместе, образуя стабильную пару, но в то же время сила отталкивания кулоновского заряда будет удерживать их на расстоянии d друг от друга ) .

Любое аналитическое решение этой проблемы?

Кажется, я где-то слышал или читал, но не могу вспомнить, что это расстояние d , описанное в вопросе, равно приведенной длине комптоновской волны электрона ƛ=ħ/mc = 3,861 592 6796(12) x 10E-13 м = 386 фм. , что также является неопределенностью Δχ в этом случае, но я не могу найти никакого аналитического решения?

В частности, минимальная неопределенность Δχ в положении покоящегося свободного электрона составляет Δχ = 0,5 (ħ/mc) = 0,5ƛ = 193 фм, т. е. половина его приведенной комптоновской длины волны. Обратите внимание, что приведенная длина комптоновской волны для электрона, также записанная как ƛe=λe/2π , где λeкомптоновская длина волны электрона, представляет собой радиус r поля массы покоя электрона , показанный на иллюстрации выше (синяя сфера).

Следовательно, любое аналитическое предсказание, представленное в качестве ответа на этой странице вопроса, должно иметь минимальную неопределенность в отношении расстояния разделения d для антипараллельной пары электронов, установленную на уровне d (неопределенность) = 2Δχ = ƛe = 386 фм.

Таким образом, любое прогнозируемое значение должно быть записано как: d= ................ (193 фм), где значение в скобках указывает ± , неопределенность прогноза.

Примечание. Определение термина « поле массы покоя электрона», используемого в этом вопросе, равно (или равно) объему сферы с радиусом полной минимальной неопределенности в положении Δχ покоящегося электрона, ±193 фм = 386 фм. Конечно, электронная частица по известной теории является массивной безразмерной точечной частицей.

Кажется, я где-то слышал однажды, я не могу вспомнить, что это расстояние d, описанное в вопросе, равно приведенной длине волны Комптона электрона ƛ=ħ/mc = 3,861 592 6796 (12) x 10E-13 м, что также является неопределенностью Δχ в этом случае, но я не могу найти никакого аналитического решения?
Очень резонный вопрос. Почему минус?
Это может быть очевидно, но: Кулоновская сила одного электрона на другом электроне везде намного больше, чем магнитная сила одного электрона на другом. Несмотря на название, «свободная электронная пара» является частью атома или молекулы, а не изолированной парой свободных частиц. Это делает проблему, которую вам придется решать с помощью квантовой механики, а не классического электричества и магнетизма. Однако подход электростатики информативен - соответствующая кулоновская сила - это суммарная сила всех заряженных частиц в атоме, а не только кулоновская сила электрона.
Спасибо за очень важные разъяснения и понимание. Мой анзац — случай изолированной антипараллельной электронной пары.

Ответы (1)

Согласно Александру А. Михайличенко [1] (уравнение 8), ссылка, предложенная мне профессором Бехнамом Фаридом ( https://www.researchgate.net/profile/Behnam-Farid-2 ), это равновесное линейное расстояние d, где две силы уравняются:

d=√6ƛe~2,5ƛe

где ƛe — приведенная комптоновская длина волны электрона, таким образом, ƛe = 386 фм = 0,386 пикометра.

Таким образом, в результате получается конечное значение линейного расстояния между магнитными моментами двух электронов в паре электронов в состоянии покоя d ~ 2,5x386 = 965 фм.

Это x1,25 диаметр поперечного сечения поля массы покоя одиночного электрона (синяя сфера на иллюстрации антипараллельной электронной пары). Это означает, что в разделенной антипараллельной электронной паре между ними может поместиться целый третий электрон!

Окончательная неопределенность, добавляющая стоимость,

d =965 (193) фм.

[1] А.А. Михайличенко, О ВОЗМОЖНОСТИ СВЯЗАННЫХ СОСТОЯНИЙ МЕЖДУ ДВУМЯ ЭЛЕКТРОНАМИ, https://accelconf.web.cern.ch/ipac2012/papers/weppp031.pdf (по состоянию на 26 сентября 2021 г.).