Насколько точно известно, что протоны имеют тот же заряд, что и электроны?

Недавно я утверждал, что протон и электрон имеют одинаковый заряд, и что это было подтверждено экспериментально вплоть до 1 часть в 10 26 . Это убеждение было наивно основано на рекомендации CODATA 2014 г. по величине элементарного заряда. е [1] :

е знак равно 1.6021766208 ( 98 ) ⋅ 10 − 19   С

где скобки означают стандартную неопределенность (при условии нормального распределения, ≈ 0,68 вероятность, коэффициент охвата к знак равно 1 ). Углубившись в литературу, я пришел к выводу, что CODATA на самом деле не сравнивает в прямом смысле заряды протонов и электронов; скорее, он основан на косвенном подходе. [2]

е знак равно 2 час α мю 0 с

Здесь α – постоянная тонкой структуры.

Вопрос: насколько точно устанавливается равенство зарядов протона и электрона? Идеальный ответ включает (если возможно )

  • экспериментальные значения заряда электрона и протона;
  • неопределенность, включая предположения;
  • если уместно, предполагался ли заряд нейтрона равным нулю или он был оценен?
  • ссылка на основную литературу

Пикар и Кесслер (1925) подтвердили, что заряды совпадают до 5 части в 10 21 ; Хиллас и Крэншоу (1959) отметили, что первая пара сделала необоснованные предположения относительно заряда нейтрона. Последняя пара показала, что заряд протона не превышает 5 ⋅ 10 − 20 раз отличается от электрона. [3] Кинг (1960) добился результата 2,5 ± 1,5 ⋅ 10 − 20 из атомов водорода. [4]

Это было улучшено?

[1] Мор, П.Дж.; Ньюэлл, Д.Б.; Тейлор, Б. Н. «Рекомендуемые значения фундаментальных физических констант CODATA: 2014». Обзоры современной физики , 2016 , 88 (3). DOI: 10.1103/RevModPhys.88.035009 , в свободном доступе на arXiv здесь , также заархивированная ссылка .

[2] Мор, П.Дж.; Тейлор, Б.Н.; Ньюэлл, Д.Б. «Рекомендуемые значения фундаментальных физических констант CODATA: 2006». Преподобный Мод. физ. , 2008 г., 80 (2), 633–730. DOI: 10.1103/RevModPhys.80.633. DOI: 10.1103//RevModPhys.80.633 , в свободном доступе на arXiv здесь , также ссылка в архиве .

[3] М. Хиллас, А.; Э. Крэншоу, Т. А. «Сравнение зарядов электрона, протона и нейтрона». Природа , 1959 , 184, 892–893. DOI: 10.1038/184892a0 .

[4] Кинг, Дж. Г. «Поиск небольшого заряда, переносимого молекулами». физ. Преподобный Летт. , 1960 , 5 (12), 562–565. DOI: 10.1103/PhysRevLett.5.562 .

Измерение заряда субатомных частиц означает применение классической концепции к квантовому миру. В квантовой механике заряд — это квантовое число, а не произвольное значение, подобное массе. Какова цель этого исследования? Чтобы доказать ошибочность квантовой механики в одной части 10 26 ? Действительно?
@safesphere Причина на самом деле довольно приземленная. Первоначально я сделал заявление в этом ответе и в настоящее время пытаюсь выполнить проверку фактов. Я ценю ваши отзывы. Является ли вопрос об экспериментальной верхней границе электрон-протонной зарядовой асимметрии некорректным?
Ничто не является недействительным, но среди исследовательских проектов, конкурирующих за финансирование налогоплательщиков, этот проект, по-видимому, имеет довольно низкий приоритет с низкой вероятностью обеспечения экономической ценности в будущем. Просто мое скромное мнение.
@safesphere С этим ты совсем в лесу. Измерение того, является ли разница в значении заряда, связанном с одним классом частиц, и значением, связанным с другим классом, прекрасно определено в рамках квантовой механики. Вы, кажется, предполагаете, что существует только одна шкала квантования для заряда (что может быть правдой, а может и не быть), но это не вызывает проблем со сравнением значений, полученных в результате измерения заряда.
@dmckee Да, с шансом на одну часть в 10 26 , я бы рискнул поспорить, что существует только одна «шкала квантования для заряда» :)
@safesphere Я бы тоже, потому что это измерение было сделано. Другими словами, это не просто правильный вопрос, а полезный вопрос.
См. Marinelli and Morpugo, PLB 137 (1984) 439, где указан предел около 10^-21. Существуют отдельные измерения нейтральности нейтрона, описанные на arxiv.org/pdf/hep-ph/9209259.pdf.

Ответы (1)

После вчерашнего вопроса я либо узнал, либо нашел еще три тематических статьи.

1. Маринелли, М.; Морпурго, Г. «Поиск частично заряженных частиц в веществе с помощью метода магнитной левитации». Отчеты по физике , 1982 , 85 (4), 161–258. DOI: 10.1016/0370-1573(82)90053-9 .

Поскольку это довольно длинно, мне было трудно найти одно конкретное значение, но это привело меня к ссылке 2. В ссылке 2 результат Маринелли-Морпунго цитируется как

д п + д е е знак равно ( 0,8 ± 0,8 ) ⋅ 10 − 21 .

Спасибо, Бен Кроуэлл , за то, что указали мне на это исследование в своем комментарии .

2. Унникришнан, К.С.; Гиллис, Г.Т. «Электрическая нейтральность атомов и объемного вещества». Метрология , 2004 , 41 (5), с125. DOI: 10.1088/0026-1394/41/5/S03 .

Эта пара дает большую таблицу, обобщающую результаты асимметрии заряда протона и электрона.

Таблица 1 из цитируемого изображения, сводка результатов

Лимит остается на 10 − 21 е как прежде. Тем не менее, они предлагают новый эксперимент, который может раздвинуть границы возможного. 10 − 26 в будущем.

Мы рассматривали возможность использования крутильных весов для точного поиска дробных зарядов и свободных кварков. Эта возможность экспериментально привлекательна, поскольку тщательно сконструированные крутильные весы могут обеспечить чувствительность к заряду около 10 − 2 е в умеренном электрическом поле. Такой эксперимент подходит для исследования гипотетической асимметрии заряда между электроном и протоном с очень высокой чувствительностью. [---]

Таким образом, эксперимент сможет исследовать зарядовую асимметрию 10 − 24 е . Как только это установлено, элемент массы можно заменить на более тяжелый с более тяжелыми проволоками или шариками, каждый из которых имеет порядок 1   грамм , общей массой около 100   грамм . Тогда общее число атомов составляет около 10 24 с 3 ⋅ 10 25 электрон-протонные пары. С чувствительностью к дробному заряду эксперимент с крутильными весами может достичь впечатляющей чувствительности к асимметрии заряда. 10 − 26 е .

3. Бресси, Г.; Каруньо, Г.; Делла Валле, Ф.; Галеацци, Г.; Руозо, Г.; Сартори, Г. «Проверка нейтральности вещества акустическими средствами в сферическом резонаторе». физ. Rev. A , 2011 , 83 (5), 052101. DOI: 10.1103/PhysRevA.83.052101 .

Результат Dylla and King (1973) подвергается критике: Bressi et al. утверждают, что результат первой пары на самом деле не лучше, чем 10 − 19 е . Собственный результат Бресси и др . (при условии сохранения заряда в β − -разлагаться)

д п + д е е знак равно ( − 0,1 ± 1.1 ) ⋅ 10 − 21 .

Это также их ограничение на максимальный заряд нейтрона.

Предостережение: этот ответ был написан на основе краткого просмотра, а не тщательного анализа. Я предположил, что все неопределенности указаны как стандартные неопределенности, как в OP. Не стесняйтесь редактировать или указывать на любые несоответствия. Если вы добавите какие-либо новые документы или внесете значительные изменения, вы также можете превратить это в вики сообщества.
Предлагаемый эксперимент с потенциалом достижения 10 − 28 е точность: Арванитаки, Азимина и др. « Как проверить атомную и нейтронную нейтральность с помощью атомной интерферометрии ». Письма с физическим обзором 100.12 (2008): 120407. arXiv: 0711.4636
Насколько точно известно, что протоны имеют тот же заряд, что и электроны?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v