Определение массового радиуса и зарядового радиуса электронов

Резерфорд использовал$\alpha$-частицы как снаряды. По сравнению с золотой фольгой они имеют «маленькую» массу и «тяжело» взаимодействуют посредством электромагнитной силы. Кроме того, сравните с размером атома золота (включая электронные оболочки)$\alpha$-частицы мелкие. Все три свойства были важны:

• небольшая масса, так что золотая фольга не будет двигаться, когда она взаимодействует с$\alpha$-частицы. В противном случае мы не нашли бы обратно рассеянных частиц.
• «сильные» взаимодействия через электромагнитную силу, так что мы можем найти некоторые отраженные частицы в прямом направлении.
• небольшого размера, так что он образует локальный зонд.

Итак, какие нейтральные частицы вы бы использовали в электронном эксперименте Резерфорда?

Одна из причин, по которой эксперимент типа Резерфорда не будет работать в случае с электроном, заключается в том, что электрон — это элементарная частица, т. е. он не состоит из чего-то другого, поэтому выстреливание в него частицами не будет иметь никакого эффекта в этом смысле (т. конечно, вы можете создать другую частицу, столкнув, например, электрон и позитрон, но это не даст вам информации о структуре электрона). С другой стороны, протон состоит из кварков, так что вы можете провести эксперимент Резерфорда, чтобы увидеть его внутреннюю структуру (и это было сделано с очень высокой точностью). Однако в обоих случаях трудно определить точный радиус, так как обе частицы имеют волнообразное поведение, поэтому вы можете определить область в пространстве, где вы можете найти частицу с 99% (скажем) уверенностью, но вы можете '

Массовый радиус относится к общим нейтральным заряженным частицам, таким как обычные неионизированные атомы. Ядра (за исключением ядра Не-4) и электроны являются заряженными частицами, и их радиус является их зарядовым радиусом.

Более того, электронные частицы рассматриваются СМ как безразмерные точечные частицы массы и заряда, что означает, что они фактически считаются не имеющими никакого радиуса. Это связано с тем, что Стандартная модель (СМ) как эффективная теория приняла «голую» массу или, иначе, «голую» модель электрона, где электрон описывается как безразмерный центр масс типа точки в пространстве, откуда, по сути, все его такие свойства возникают, как масса, заряд, спин и т. д., в отличие от более физической модели электрона, «одетой» в заряд, которая описывает электрон с его зарядом. Так что на самом деле все эксперименты и исследования, связанные сегодня с определением конечного радиуса электрона,.

Разумеется, СМ как эффективная теория занимается не тем, что есть на самом деле, а только тем, что необходимо для точного описания результатов и исходов явлений и предсказаний. Это более количественная и менее качественная теория.

С учетом сказанного, насколько я знаю, вы не можете выполнять какие-либо измерения рассеяния света на свободных электронах, потому что упругое рассеяние падающих фотонов на электронах, таким образом, кинетическая энергия фотонов сохраняется после рассеяния, и нет сдвига длины волны, который позволил бы значимые данные, которые необходимо собрать для проведения расчетов.

Вы можете выполнять только неупругое рассеяние (комптоновское или комбинационное рассеяние с рентгеновскими лучами гамма-излучения) на связанных или слабо связанных электронах внутри атома, но опять же, вы в конечном итоге измеряете электронные орбитальные оболочки, а не радиус заряда свободного электрона при Остальное, что наиболее интересно, мы хотим узнать, имеет ли электрон конечный радиус.

Есть некоторые теоретические расчеты верхнего предела свободного электрона в состоянии покоя, полученные из измерения других характеристик электрона, таких как его g-фактор, с использованием ловушки Пеннинга или чисто теоретические расчеты, подобные этому здесь , для верхнего предела радиуса, но они не согласуются. и в настоящее время нет прямого метода измерения радиуса свободного электрона. Это тайна, которую природа очень дорожит.

Лучшим свидетельством того, что кварки имеют тот же размер, что и свободные электроны, является этот эксперимент группы HERA со связанными кварками внутри протонов и нейтронов с верхним пределом радиуса заряда, установленным на$0.43 \times 10^{-18} m$а также здесь от команды ZEUS с верхним лимитом$0.85 \times 10^{-18} m$но опять же, это также вопрос того, что вы определяете как радиус, включая виртуальные заряды одежды и так далее. Дальнейшие попытки измерить размеры заряда электрона электростатическими или магнитостатическими методами напрасны, поскольку они представляют собой взаимодействие дальних полей электрона с окружающей средой, создаваемое зарядом электрона, и не представляют ближнее поле электрона, следовательно, его заряд. которое является автономным и замкнутым в пространстве энергетическим полем.

Суть в том, что мы понятия не имеем, каков конечный радиус покоящегося свободного электрона, и в настоящее время нет метода прямого измерения этого с помощью светорассеяния или любого другого метода.

Примечание. Я нахожу следующий цитируемый текст и ссылку интересным чтением по этому вопросу:

Согласно орбитальной модели строения элементарных частиц, электрон структурирован орбиталью целого отрицательного электрического заряда, размер орбиты которой составляет 2,82 Фм (т.е. классический радиус электрона ). Однако часто считается, что электрон пунктуален. Это связано с тем, что в экспериментах по столкновению при высоких энергиях его структура не обнаруживается, поскольку он очень легкий (всего 0,51 МэВ) перед энергией столкновения, и поэтому его точечный вид обусловлен его структурным электрическим зарядом, который является точечным (менее чем 0,001 Фм) [1] .