Модель тороидального кольца

Модель тороидального кольца , первоначально известная как магнетон Парсона или магнитный электрон , представляет собой физическую модель субатомных частиц . Оно также известно как плазмоидное кольцо , вихревое кольцо или спиральное кольцо . Эта физическая модель рассматривала электроны и протоны как элементарные частицы и была впервые предложена Альфредом Лауком Парсоном в 1915 году.

Теория

Вместо одного вращающегося заряда тороидальное кольцо было задумано как совокупность бесконечно малых элементов заряда, которые вращались или циркулировали по общему непрерывному пути или « петле ». В общем, этот путь заряда мог принимать любую форму, но стремился к круговой форме из-за внутренних электромагнитных сил отталкивания . В этой конфигурации элементы заряда циркулировали, но кольцо в целом не излучало из-за изменений электрического или магнитного поля , поскольку оставалось неподвижным . Кольцо создавало общее магнитное поле (« спин ») за счет тока движущихся элементов заряда. Эти элементы циркулировали по кольцу со скоростью света c с частотой ν = c /2π R зависела , которая обратно от радиуса R. , но кольца инерции Энергия увеличивалась при сжатии , как у пружины , а также была обратно пропорциональна его радиусу, а значит, пропорциональна его частоте ν . Теория утверждала, что константой пропорциональности является постоянная Планка h , сохраняющийся угловой момент. кольца.

Согласно модели, электроны или протоны можно рассматривать как пучки « волокон » или « плазмоидов » с полным зарядом ± e . Сила электростатического отталкивания между элементами заряда одного знака уравновешивалась силой магнитного притяжения между параллельными токами в волокнах пучка согласно закону Ампера . Эти волокна закручивались вокруг тора кольца по мере его продвижения по его радиусу, образуя Слинки , подобную спираль . Для завершения схемы требовалось, чтобы каждое спиральное плазмоидное волокно обвивалось вокруг кольца целое число раз по мере его прохождения по кольцу. Считалось, что это требование объясняет « квантовые » значения углового момента и излучения . Хиральность требовала, чтобы количество волокон было нечетным , возможно, три, как у веревки. закрутки Считалось, что спиральность отличает электрон от протона.

Тороидальная или «геликонная» модель не требовала постоянного радиуса или инерционной энергии частицы. В целом его форма, размер и движение регулируются в соответствии с внешними электромагнитными полями окружающей среды. Эти корректировки или реакции на изменения внешнего поля представляли собой испускание или поглощение излучения . частицей Модель утверждала, что объясняет, как частицы соединяются вместе, образуя атомы .

История

Начало

Разработка геликона или тороидального кольца началась с Андре-Мари Ампера , который в 1823 году предложил крошечные магнитные «петли заряда», чтобы объяснить силу притяжения между элементами с током. ^{[ 1 ]} В ту же эпоху Карл Фридрих Гаусс и Майкл Фарадей также открыли фундаментальные законы классической электродинамики , позже собранные Джеймсом Максвеллом как уравнения Максвелла . Когда Максвелл выразил законы Гаусса , Фарадея и Ампера в дифференциальной форме , он предположил точечные частицы — предположение, которое остается основополагающим для теории относительности и квантовой механики сегодня. В 1867 году лорд Кельвин предположил, что вихревые кольца идеальной жидкости, открытые Германом фон Гельмгольцем, представляют собой «единственные истинные атомы ». ^{[ 2 ]} Затем, незадолго до 1900 года, когда ученые все еще спорили о самом существовании атомов, Дж. Дж. Томсон ^{[ 3 ]} и Эрнест Резерфорд ^{[ 4 ]} вызвал революцию экспериментами ^{[ 5 ]} подтверждающие существование и свойства электронов, протонов и ядер . Макс Планк подлил масла в огонь, когда решил проблему излучения черного тела , предположив, что существуют не только дискретные частицы, но и дискретные частоты излучения, исходящего от этих «частиц» или « резонаторов ». знаменитая статья Планка. ^{[ 6 ]} который случайно вычислил как постоянную Планка h, так и постоянную Больцмана k _B , предположил, что что-то в самих «резонаторах» обеспечивает эти дискретные частоты.

многочисленные теории о строении атома . В результате появления новой информации возникли ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} модель Нильса Бора из которых преобладала 1913 года. Модель Бора ^{[ 9 ]} предложил электроны на круговой орбите вокруг ядра с квантованными значениями углового момента . Вместо того, чтобы излучать энергию непрерывно , как того требовала классическая электродинамика от ускоряющегося заряда, электрон Бора излучал дискретно, когда он « перепрыгивал » из одного состояния углового момента в другое.

Магнит Парсонса

В 1915 году Альфред Лаук Парсон предложил свой « магнетон ». ^{[ 10 ]} как усовершенствование модели Бора , изображающее частицы конечного размера со способностью сохранять стабильность и излучать и поглощать излучение электромагнитных волн . Примерно в то же время Ли Пейдж разработал классическую теорию излучения абсолютно черного тела, предполагая наличие вращающихся « осцилляторов », способных накапливать энергию без ее излучения. ^{[ 11 ]} Гилберт Н. Льюис был частично вдохновлен моделью Парсона при разработке своей теории химической связи . ^{[ 12 ]} Затем Дэвид Л. Вебстер написал три статьи, связывающие магнетон Парсона с осциллятором Пейджа. ^{[ 13 ]} и объясняя массу ^{[ 14 ]} и альфа- рассеяние ^{[ 15 ]} в терминах магнетона. В 1917 году Ларс О. Грондал подтвердил эту модель своими экспериментами со свободными электронами в железной проволоке. ^{[ 16 ]} Теория Парсона затем привлекла внимание Артура Комптона , который написал серию статей о свойствах электрона. ^{[ 17 ]}^{[ 18 ]}^{[ 19 ]}^{[ 20 ]}^{[ 21 ]} и Х. Стэнли Аллен , чьи статьи также приводили доводы в пользу «кольцевого электрона». ^{[ 22 ]}^{[ 23 ]}^{[ 24 ]}

Текущий статус

Аспектом магнетона Парсона, имеющим наибольшую экспериментальную значимость (и аспектом, исследованным Грондалом и Вебстером), было существование электронного магнитного дипольного момента ; этот дипольный момент действительно присутствует. Однако более поздние работы Поля Дирака и Альфреда Ланде показали, что точечная частица может иметь собственный квантовый спин , а также магнитный момент. Очень успешная современная теория, Стандартная модель физики элементарных частиц, описывает точечный электрон с собственным спином и магнитным моментом. С другой стороны, обычное утверждение о точечности электрона можно условно связать только с «голым» электроном. Точечный электрон будет иметь расходящиеся электромагнитные поля, которые должны создавать сильную поляризацию вакуума. В соответствии с КЭД отклонения от закона Кулона предсказываются на расстояниях в комптоновском масштабе от центра электрона, 10 ⁻¹¹ см. Виртуальные процессы в комптоновской области определяют спин электрона и перенормировку его заряда и массы. Это показывает, что комптоновскую область электрона следует рассматривать как единое целое с точечным ядром, образующим физический («одетый») электрон. Обратите внимание, что теория электрона Дирака также демонстрирует своеобразное поведение комптоновской области. В частности, электроны демонстрируют zitterbewegung по шкале Комптона. С этой точки зрения модель колец не противоречит КЭД или теории Дирака, и некоторые версии, возможно, могут быть использованы для включения гравитации в квантовую теорию.

Вопрос о том, имеет ли электрон какую-либо подструктуру, должен быть решен экспериментально. Все эксперименты на сегодняшний день согласуются со Стандартной моделью электрона без какой-либо субструктуры, кольцевой или какой-либо другой. Двумя основными подходами являются рассеяние электронов-позитронов высоких энергий. ^{[ 25 ]} и высокоточные атомные испытания квантовой электродинамики , ^{[ 26 ]} оба согласны с тем, что электрон точечный при разрешении до 10 ⁻²⁰ м. В настоящее время комптоновская область виртуальных процессов, 10 ⁻¹¹ см в поперечнике не проявляется в высокоэнергетических экспериментах по электрон-позитронному рассеянию.

Ссылки

^ Андре-Мари Ампер (1823). «О математической теории электродинамических явлений, выведенной только из опыта» . Мемуары Академии наук Института Франции Académie des Sciences (на французском языке). 6 :175.
^ Уильям Томсон , « О вихревых атомах », Труды Королевского общества Эдинбурга , V6, стр. 94–105 (1867) {перепечатано в Philosophical Magazine , V34, стр. 15–24 (1867)}.
^ Дж. Дж. Томсон , « Катодные лучи », Философский журнал , S5, V44, стр. 293 (1897).
^ Эрнест Резерфорд , « Урановое излучение и электрическая проводимость. Архивировано 8 сентября 2007 г. в Wayback Machine », Philosophical Magazine , S5, V47, стр. 109–163 (январь 1899 г.).
^ см . в эксперименте Томсона и эксперименте Резерфорда . Подробности
^ Макс Планк , « О законе распределения энергии в нормальном спектре », Annalen der Physik, V4, стр. 553 и далее (1901). Архивировано 25 октября 2007 г., в Wayback Machine.
^ Дж. Дж. Томсон , « О структуре атома... Архивировано 9 сентября 2007 г. в Wayback Machine », Philosophical Magazine , S6, V7, N39, стр. 237–265 (март 1904 г.).
^ Эрнест Резерфорд , « Рассеяние α- и β-частиц материей и структура атома. Архивировано 5 февраля 2007 г. в Wayback Machine », Philosophical Magazine , S6, V21, стр. 669–688 (май 1911 г.).
^ Нильс Бор , « О строении атомов и молекул. Архивировано 4 июля 2007 г. в Wayback Machine », Philosophical Magazine , S6, V26, стр. 1–25 (июль 1913 г.).
^ Альфред Л. Парсон , «Магнетонная теория структуры атома», Сборник различных материалов Смитсоновского института, паб 2371, 80 стр. (ноябрь 1915 г.) {Перепечатанный паб 2419, V65, N11 (1916)}.
^ Ли Пейдж , «Распределение энергии в спектре нормального излучения», Physical Review , S2, V7, N2, стр. 229–240 (февраль 1916 г.).
^ Гилберт Н. Льюис , « Атом и молекула, заархивированные 18 сентября 2007 г. в Wayback Machine », Журнал Американского химического общества , V38, стр. 762–786 (1916).
^ Дэвид Л. Вебстер , «Заметки о теории теплового излучения Пейджа», Physical Review , S2, V8, N1, стр. 66–69 (июль 1916 г.).
^ Дэвид Л. Вебстер , «Теория электромагнитной массы магнетона Парсона и других несферических систем», Physical Review , S2, V9, N6, стр. 484–499 (июнь 1917 г.).
^ Дэвид Л. Вебстер , «Рассеяние альфа-лучей как доказательство магнетронной гипотезы Парсона», Physical Review , S2 (февраль 1918 г.).
^ Ларс О. Грондаль , «Труды Американского физического общества: экспериментальные доказательства магнетона Парсона», Physical Review , S2, V10, N5, стр. 586–588 (ноябрь 1917 г.).
^ Артур Х. Комптон , «Размер и форма электрона - обращение Американского физического общества (декабрь 1917 г.)», Журнал Вашингтонской академии наук , стр. 330 (январь 1918 г.).
^ Артур Х. Комптон , «Размер и форма электрона: I. Рассеяние высокочастотного излучения», Physical Review , S2, V14, N1, стр. 20–43 (июль 1919 г.).
^ Артур Х. Комптон , «Размер и форма электрона: II. Поглощение высокочастотного излучения», Physical Review , S2, V14, N3, стр. 247–259 (сентябрь 1919 г.).
^ Артур Х. Комптон , «Возможная магнитная полярность свободных электронов», Philosophical Magazine , S6, V41 (февраль 1921 г.).
^ Артур Х. Комптон , «Магнитный электрон», Журнал Института Франклина , V192, N2, стр. 145–155 (август 1921 г.)
^ Х. Стэнли Аллен , «Дело о кольцевом электроне», Труды Лондонского физического общества , V31, N1, стр. 49–68 (декабрь 1918 г.).
^ Х. Стэнли Аллен , «Оптическое вращение, оптическая изомерия и кольцевой электрон», Philosophical Magazine , S6, V40, N6, стр. 426 (1920).
^ Х. Стэнли Аллен , «Угловой момент и некоторые связанные с ним свойства кольцевого электрона», Философский журнал , S6, V41, N6, стр. 113 (1921).
^ Д. Бурилков, "Подсказка для аксиально-векторных контактных взаимодействий в данных по e ⁺и ⁻ → и ⁺и ⁻( γ ) при энергиях центра масс 192–208 ГэВ», Phys. Rev. D 64, 071701 (2001), Интернет-архив Physical Review .
^ Б. Одом, Д. Ханнеке, Б. Д'Урсо и Г. Габриэльсе, Новое измерение магнитного момента электрона с использованием одноэлектронного квантового циклотрона, Phys. Преподобный Летт. 97, 030801 (2006), ПИСЬМА ОБЗОРНЫХ ОБЗОРОВ .

Дальнейшее чтение

Дэвид Л. Бергман, Дж. Пол Уэсли; Модель вращающегося заряженного кольца с аномальным магнитным моментом, отдающим электрон , Электродинамика Галилея. Том. 1, 63–67 (сентябрь/октябрь 1990 г.).

[1] Андре-Мари Ампер (1823). «О математической теории электродинамических явлений, выведенной только из опыта» . Мемуары Академии наук Института Франции Académie des Sciences (на французском языке). 6 :175.

[2] Уильям Томсон , « О вихревых атомах », Труды Королевского общества Эдинбурга , V6, стр. 94–105 (1867) {перепечатано в Philosophical Magazine , V34, стр. 15–24 (1867)}.

[3] Дж. Дж. Томсон , « Катодные лучи », Философский журнал , S5, V44, стр. 293 (1897).

[4] Эрнест Резерфорд , « Урановое излучение и электрическая проводимость. Архивировано 8 сентября 2007 г. в Wayback Machine », Philosophical Magazine , S5, V47, стр. 109–163 (январь 1899 г.).

[5] см . в эксперименте Томсона и эксперименте Резерфорда . Подробности

[6] Макс Планк , « О законе распределения энергии в нормальном спектре », Annalen der Physik, V4, стр. 553 и далее (1901). Архивировано 25 октября 2007 г., в Wayback Machine.

[7] Дж. Дж. Томсон , « О структуре атома... Архивировано 9 сентября 2007 г. в Wayback Machine », Philosophical Magazine , S6, V7, N39, стр. 237–265 (март 1904 г.).

[8] Эрнест Резерфорд , « Рассеяние α- и β-частиц материей и структура атома. Архивировано 5 февраля 2007 г. в Wayback Machine », Philosophical Magazine , S6, V21, стр. 669–688 (май 1911 г.).

[9] Нильс Бор , « О строении атомов и молекул. Архивировано 4 июля 2007 г. в Wayback Machine », Philosophical Magazine , S6, V26, стр. 1–25 (июль 1913 г.).

[10] Альфред Л. Парсон , «Магнетонная теория структуры атома», Сборник различных материалов Смитсоновского института, паб 2371, 80 стр. (ноябрь 1915 г.) {Перепечатанный паб 2419, V65, N11 (1916)}.

[11] Ли Пейдж , «Распределение энергии в спектре нормального излучения», Physical Review , S2, V7, N2, стр. 229–240 (февраль 1916 г.).

[12] Гилберт Н. Льюис , « Атом и молекула, заархивированные 18 сентября 2007 г. в Wayback Machine », Журнал Американского химического общества , V38, стр. 762–786 (1916).

[13] Дэвид Л. Вебстер , «Заметки о теории теплового излучения Пейджа», Physical Review , S2, V8, N1, стр. 66–69 (июль 1916 г.).

[14] Дэвид Л. Вебстер , «Теория электромагнитной массы магнетона Парсона и других несферических систем», Physical Review , S2, V9, N6, стр. 484–499 (июнь 1917 г.).

[15] Дэвид Л. Вебстер , «Рассеяние альфа-лучей как доказательство магнетронной гипотезы Парсона», Physical Review , S2 (февраль 1918 г.).

[16] Ларс О. Грондаль , «Труды Американского физического общества: экспериментальные доказательства магнетона Парсона», Physical Review , S2, V10, N5, стр. 586–588 (ноябрь 1917 г.).

[17] Артур Х. Комптон , «Размер и форма электрона - обращение Американского физического общества (декабрь 1917 г.)», Журнал Вашингтонской академии наук , стр. 330 (январь 1918 г.).

[18] Артур Х. Комптон , «Размер и форма электрона: I. Рассеяние высокочастотного излучения», Physical Review , S2, V14, N1, стр. 20–43 (июль 1919 г.).

[19] Артур Х. Комптон , «Размер и форма электрона: II. Поглощение высокочастотного излучения», Physical Review , S2, V14, N3, стр. 247–259 (сентябрь 1919 г.).

[20] Артур Х. Комптон , «Возможная магнитная полярность свободных электронов», Philosophical Magazine , S6, V41 (февраль 1921 г.).

[21] Артур Х. Комптон , «Магнитный электрон», Журнал Института Франклина , V192, N2, стр. 145–155 (август 1921 г.)

[22] Х. Стэнли Аллен , «Дело о кольцевом электроне», Труды Лондонского физического общества , V31, N1, стр. 49–68 (декабрь 1918 г.).

[23] Х. Стэнли Аллен , «Оптическое вращение, оптическая изомерия и кольцевой электрон», Philosophical Magazine , S6, V40, N6, стр. 426 (1920).

[24] Х. Стэнли Аллен , «Угловой момент и некоторые связанные с ним свойства кольцевого электрона», Философский журнал , S6, V41, N6, стр. 113 (1921).

[25] Д. Бурилков, "Подсказка для аксиально-векторных контактных взаимодействий в данных по e ⁺и ⁻ → и ⁺и ⁻( γ ) при энергиях центра масс 192–208 ГэВ», Phys. Rev. D 64, 071701 (2001), Интернет-архив Physical Review .

[26] Б. Одом, Д. Ханнеке, Б. Д'Урсо и Г. Габриэльсе, Новое измерение магнитного момента электрона с использованием одноэлектронного квантового циклотрона, Phys. Преподобный Летт. 97, 030801 (2006), ПИСЬМА ОБЗОРНЫХ ОБЗОРОВ .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ 26 ]