Elektron - sfera niemal idealna

Czyli, elektron z grubsza rzecz biorąc wygląda tak jak piłeczka od ping-ponga. Ta piłeczka wykonana jest, jak wiadomo, z celuloidu. A z czego "wykonany" jest elektron? Elektron wg współczesnej wiedzy jest cząstką elementarną i nie ma struktury wewnętrznej. Myślę, ze w tych badaniach chodziło raczej nie o sferyczność elektronu jako takiego, ale o "kształt" pola elektrycznego.

Badając elektron dowiadujemy się jak wygląda i jak zachowuje się pozytron, a zatem dowiadujemy się, jak różnią się materia i antymateria.

Przecież to zdanie nie ma logicznego sensu.

Badamy elektron i dowiadujemy jak się zachowuje pozytron - ponieważ zakładamy że są identyczne(pomijając ładunek).

Jeśli założyliśmy identyczność to nie możemy przecież poznać różnic.

To tak jakby ktoś napisał:

Zmierzyłem masę kilograma złota, dzięki temu dowiedziałem się jaką masę ma kilogram srebra. I dlatego wiem jak różni się masa 1 kg złota od masy 1 kg srebra.

Przecież to bez sensu.

W oryginale jest inaczej:

Understanding the shape of the electron could help researchers understand how positrons behave and how antimatter and matter might differ.

Zrozumienie kształtu elektronu może pomóc badaczom zrozumieć zachowanie pozytronu i jak może się różnić antymateria od materii.

Fizycy z ICL badali elektrony fluorku iterbu. Za pomocą niezwykle precyzyjnego lasera mierzyli ich ruch.

Możnaby coś napisać jak udało im się osiągnąć taką precyzję. Zasada nieoznaczoności Heisenberga powoduje to powstanie wielu różnych sprzężeń które raczej uniemożliwiają uzyskanie takiej precyzji.

Laser(czyli fotony) ma wpływ na energię, masę, pęd i prędkość elektronu. Zatem zmienia się wszystko co tylko może się zmienić.

Uwielbiam te wzniosłe nagłówki ... i nawet słowa nie ma o tym o czym naprawdę jest chwalony artykuł. Mianowicie jedyne co udało im się dowieść eksperymentalnie, to poprawienie górnego ograniczenia na elektryczny moment dipolowy elektronu:

http://physicsworld.com/cws/article/news/46085

Natomiast chyba nie ma wątpliwości że elektron ma też własności kierunkowe: spin i związany magnetyczny moment dipolowy - czyli trochę różni się od idealnej sfery ...

Miło jednak że mówią o kształcie elektronu - czyli że nie jest tylko idealnym matematycznym punktem jak wielu automatycznie zakłada, tylko jednak jest tam jakiś 'kształt' konfiguracji pola, m.in. sklejający bez osobliwości pole elektryczne aż do środka elektronu ...

Ciekawy artykuł... inne źródła na które natrafiałem pisały, że elektron nie ma żadnej struktury bo jest po prostu punktem.

Najbardziej mnie tu jednak zaszokowało to, że ma on jakiekolwiek odchylenie idealnej sfery. Czy może to oznaczać, że jest on zbudowany z jeszcze mniejszych cząsteczek?

Dlaczego z mniejszych cząstek? Jest po prostu konfiguracją pola ...

Z jakichś powodów ładunek jest skwantowany (np. jako wiąz topologiczny) - wewnątrz sfery ładunek jest całkowitą wielokrotnością ładunku elementarnego.

Czyli jeśli mamy sferę w której jest najmniejszy możliwy ujemny ładunek, taka konfiguracja pola pozostanie stabilna dopóki nie spotka się z przeciwnym odpowiednikiem - jest to właśnie elektron: najniżej energetyczna konfiguracja pola (m.in. elektrycznego) o najmniejszym możliwym ładunku.

no a co powiesz o ułamkowych wartościach ładunku kwarków?

To jest cecha modelu a nie prawdziwej fizyki - nie zaobserwowano cząstki o niecałkowitym ładunku ...

http://en.wikipedia.org/wiki/Oil_drop_experiment

... i to modelu z którym jest pełno problemów, jak niemożność wytłumaczenie spinu protonu ('proton spin crisis') czy to że na elektryczny moment dipolowy protonu też są silne ograniczenia, co trudno sobie wyobrazić dla dwóch plusików i minusika

@thikim: nie zgodzę się. Zakładamy identyczność, ale wiemy, że przynajmniej jedną cechą się różnią. To z kolei może mieć daleko idące konsekwencje, które możemy poznać w przyszłości. Kto wie, ile tak naprawdę jest różnic?

np. jako wiąz topologiczny

Zapewne to wyrażenie ma jakiś swój angielski, znacznie lepiej googlowalny odpowiednik?

Webby, tłumaczy się to na 'topological constrain', albo raczej 'topological charge' osobliwości topologicznej - chodzi o to że mając np. pole wektorowe, jak weźmiemy pętlę(/sferę) to wzdłuż niej pole musi wykonać całkowitą ilość obrotów (nawinięć na sferę) - tzw. indeks Conleya, staje się on wiązem topologicznym konfiguracji pola dookoła punktu i daje kwantyzację (całkowite wielokrotności) spinu(2D)/ładunku(3D):

http://demonstrations.wolfram.com/SeparationOfTopologicalSingularities/

Jest to charakterystyczne dla modeli solitonowych cząstek - np. skyrmionowych: mezonów, barionów, ale zdarzają się też dla np. elektronów, jak prof. Fabera:

http://arxiv.org/PS_cache/hep-th/pdf/9910/9910221v4.pdf

W którym w każdym punkcie przestrzeni mamy wektor jednostkowy (ze sfery 2D), ale ta sfera w modelu jest równikiem sfery 3D, tylko że wyjście z równika kosztuje energię (potencjalną pola) - daje cząstkom masę.

Teraz jeśli mamy najprostszą konfigurację typu ładunku - 'jeż': wszystkie wektory kierują się na zewnątrz punktu, topologia zmusza pole do wyjścia z równika i 'sklejenia się' w jednym z 2 biegunów sfery 3D, wybierając znak +/- spinu oraz dając cząstce energię spoczynkową, która dzięki niezmienniczości lorentzowskiej staje się masą inercjalną tego solitonu. Dalej pokazane jest że dynamika pola kierunków daje efektywnie oddziaływanie elektromagnetyczne takich elektronów.

To 'wyjście z równika' kosztem energii potencjalnej (typu Higgsa) odpowiada temu że nie da się skleić pola elektrycznego ładunku do jego centrum - potrzebna jest jakaś deformacja oddziaływania EM.

W tym modelu spin nie ma fizycznego kierunku, nie ma miejsce na wewnętrzny zegar cząstki konieczny dla falowej natury z mechaniki kwantowej ( http://www.racjonalista.pl/forum.php/s,404014 ), dostajemy tylko solitony typu elektronu ...

Można to naprawić np. przechodzą na pole elipsoid - dorzucając oprócz tej głównej osi, dodatkowe osie prostopadłe do niej, dostając jeden dodatkowy stopień swobody, którego obrót odpowiada kwantowej fazie, pozwalając na falową naturę cząstek. W takim polu konfiguracja próżni pilnuje już zarówno kwantowania ładunku(wewnątrz sfery) jak i spinu(wewnątrz pętli). Tym razem rodzina solitonów dość dobrze oddaje całą menażerię cząstek (nie więcej) - dostajemy 3 struktury o spinie 1/2, które budują odpowiednio neutrina, leptony, mezony, bariony, jądra z oczekiwanymi własnościami elektromagnetycznymi, gradacją mas i rozpadami. Do elektromagnetyzmu jako dynamika próżni dochodzi mechanika kwantowa (oraz grawitacja dla 4D elipsoid). Tu są obrazki:

http://www.scienceforums.net/topic/54811-ellipsoid-field-solitons-particle-menagerie-correspondence/page__view__findpost__p__590130

Najbardziej mnie tu jednak zaszokowało to, że ma on jakiekolwiek odchylenie idealnej sfery.

Może wraz ze wzrostem dokładności badań (jak się dokładnie przeprowadzane, niestety nie mam pojęcia) może się okaże, że to odchylenie jest jeszcze mniejsze? O ile zakładam, iż naukowcy mają jakieś super triki do sprawdzania takich rzeczy, to zastanawia mnie, na ile są wstanie przy pomocy tak podatnych na cokolwiek materiałów badań pojedyncze elektrony...

A może tak?

Ale z tego co rozumiem, jeśli jest to ładunek którego budowa wypełnia jakąś fizyczną przestrzeń, można go jeszcze podzielić na mniejsze ładunki które będą zajmowały mniejszy fragment przestrzeni?

Żadne doświadczenie nigdy nie wykazało istnienia struktury wewnętrznej elektronu. Wyobrażenia na temat tego mogą pomagać w zrozumieniu/poprawianiu teorii, ale nie powinno się ich traktować zbyt mechanicznie. Skale w jakich mogłyby występować jakieś struktury wewnętrzne są nieosiągalne dla ludzkiej aparatury. Brakuje nam jeszcze około 12 rzędów wielkości żeby sprawdzić czy elektron jest np. drgająca 1-wymiarową struną jak głosi teoria superstrun czy może czymś wiernie opisanym przez model solitonowy jak przekonuje Jarek.

Webby, w takim razie jakie jest pole elektryczne w samym środku elektronu?

Współczesna fizyka nawet nie próbuje odpowiadać na takie pytania - zasłana się np. zasadą nieoznaczoności ... ale ta zasada tylko ogranicza możliwości bezpośredniego pomiaru, nic natomiast nie mówi o obiektywnej fizyce.

Modele solitonowe to właśnie np. poszukiwanie fizycznego przedłużenia tego pola do środka - np. wiemy że czyste pole elektromagnetyczne nie jest w stanie poradzić sobie z osobliwością typu ładunku, więc potrzebne jest pewne rozszerzenie tego pola:

- które w próżni efektywnie zachowuje się jak elektromagnetyzm(+grawitacja),

- jest w stanie sensownie sklejać osobliwości typu ładunku/spinu (np. deformując EM w oddziaływanie słabe/silne),

- najlepiej żeby pole samo w sobie tłumaczyło skwantowanie tych liczb (np. jako ładunek topologiczny),

- wtedy nie potrzebne by były dodatkowe (a jednak oddziaływające z polami) abstrakty dla cząstek - pole samo w sobie pozwalałoby na pewną menażerię stabilnych konfiguracji - cząstki zdefiniowane ich liczbami kwantowymi (jak wiązy topologiczne),

- ta wymuszona deformacja daje im energię spoczynkową, która dzięki lorenzowskiej niezmienniczości staje się też masą inercjalną ...

Nazwiesz takie modele mechaniczne, ja powiem że jeśli chciałoby się je w praktyce używać to dalej nie znasz w pełni parametrów zdarzeń - po prostu trzeba założyć pewien Feynmanowski/Boltzmannowski zespół po możliwych scenariuszach - diagramach Feynmana.

Z drugiej strony perturbacyjne QFT operuje tylko na takich abstrakcyjnych scenariuszach, na efektywnych parametrach opisujących możliwe np. rozpady cząstek - modele solitonowe to właśnie poszukiwanie konkretnych konfiguracji pola odpowiadających takim rozpadom, zderzeniom - co tak naprawdę się dzieje za tym abstrakcyjnym opisem.

Proszę nie porównuj tego z bajkami o strunach w kilkunastu wymiarach...

Innymi słowy, elektron jest idiopatyczny . Co oznacza, jak mówił dr House, że jesteśmy idiotami i nie znamy [przyczyny - w odniesieniu do chorób, o których mowił House] natury.

Niestety ale jest nawet dużo gorzej - nie tylko nie znamy, ale przyjęte jest że z definicji jest to ponad nasze zdolności poznawcze, więc samo szukanie jest już wręcz nie do pomyślenia ... jesteśmy kreacjonistami ??? możemy tylko medytować nad cudownością kwantowego transcendentalizmu elektronu 8)