Toroidal ringmodell - Toroidal ring model
Den ringformede ringmodellen , kjent som Parson magneton eller magnetisk elektron , er en fysisk modell av subatomære partikler . Det er også kjent som den plasmoiden ring , vortex ring , eller Helicon ring . Denne fysiske modellen behandlet elektroner og protoner som elementære partikler , og ble først foreslått av Alfred Lauck Parson i 1915.
Teori
I stedet for en enkelt bane rundt ladning , ble den toroidale ringen oppfattet som en samling av uendelig små ladnings elementer, som i bane eller sirkuleres langs en felles kontinuerlig bane eller " sløyfe ". Generelt kan denne ladningsveien ha en hvilken som helst form, men har en tendens til en sirkulær form på grunn av indre frastøtende elektromagnetiske krefter . I denne konfigurasjonen er ladningselementene sirkulert, men ringen som helhet ikke utstråle grunn av endringer i elektriske eller magnetiske felt , siden den forble stasjonær . Ringen produserte et samlet magnetfelt (" spinn ") på grunn av strømmen til de bevegelige ladningselementene. Disse elementer sirkulert rundt ringen ved lysets hastighet c , men ved frekvens ν = c / 2π R , som var avhengig omvendt på den radius R . Ringen er treghetsenergi øket når sammentrykket , som en fjær , og var også omvendt proporsjonal med dens radius, og derfor proporsjonale til sin frekvens ν . Teorien hevdet at proporsjonalitetskonstanten var Plancks konstante h , den konserverte vinkelmomentet til ringen.
I følge modellen kan elektroner eller protoner bli sett på som bunter av " fibre " eller " plasmoider " med total ladning ± e . Den elektrostatiske frastøtningskraften mellom ladningselementene til det samme tegnet ble balansert av den magnetiske tiltrekningskraften mellom de parallelle strømningene i fibrene til en bunt, i henhold til Ampères lov . Disse fibrene vred seg rundt ringens torus mens de utviklet seg rundt radiusen, og danner en Slinky- lignende spiral . Kretsfylling krevde at hver spiralformet plasmoidfiber vridde seg rundt ringen et helt antall ganger mens den gikk rundt ringen. Dette kravet ble antatt å ta hensyn til " kvante " -verdier av vinkelmoment og stråling . Kiralitet krevde at antallet fibre skulle være rart , sannsynligvis tre, som et tau. Den helisitet av vridningen, ble antatt å skille den elektron fra proton.
Den toroidale eller "helicon" -modellen krevde ikke en konstant radius eller treghetsenergi for en partikkel. Generelt er form, størrelse og bevegelse justert i henhold til de eksterne elektromagnetiske feltene fra omgivelsene. Disse justeringene eller reaksjonene på eksterne feltendringer utgjorde emisjon eller absorpsjon av stråling for partikkelen. Modellen hevdet da å forklare hvordan partikler koblet sammen for å danne atomer .
Historie
Begynnelser
Utviklingen av helikonet eller den ringformede ringen begynte med André-Marie Ampère , som i 1823 foreslo bittesmå magnetiske "loops of charge" for å forklare den attraktive kraften mellom nåværende elementer. I den samme tiden avdekket også Carl Friedrich Gauss og Michael Faraday grunnleggende lover for klassisk elektrodynamikk , senere samlet av James Maxwell som Maxwells ligninger . Da Maxwell uttrykte lovene til Gauss , Faraday og Ampère i differensiell form , antok han punktpartikler , en antagelse som fortsatt er grunnleggende for relativitetsteorien og kvantemekanikken i dag. I 1867 foreslo Lord Kelvin at vortexringene til en perfekt væske oppdaget av Hermann von Helmholtz representerte "de eneste sanne atomer ". Så like før 1900, da forskere fremdeles debatterte over selve eksistensen av atomer, utløste JJ Thomson og Ernest Rutherford en revolusjon med eksperimenter som bekreftet eksistensen og egenskapene til elektroner, protoner og kjerner . Max Planck la til brannen da han løste problemet med svart kroppsstråling ved å anta ikke bare diskrete partikler, men diskrete frekvenser av stråling som stammer fra disse "partiklene" eller " resonatorene ". Plancks berømte papir, som forøvrig beregnet både Plancks konstante h og Boltzmanns konstante k B , antydet at noe i "resonatorene" selv ga disse diskrete frekvensene.
Tallrike teorier om atomets struktur utviklet seg i kjølvannet av all den nye informasjonen, som 1913-modellen til Niels Bohr kom til å dominere. Den Bohr-modellen foreslått elektroner i sirkulær bane rundt kjernen med kvantiserte verdier av vinkelmoment . I stedet for å utstråle energi kontinuerlig , slik klassisk elektrodynamikk krevde fra en akselererende ladning, strålte Bohrs elektron diskret når den " sprang " fra en tilstand av vinkelmoment til en annen.
Parson magneton
I 1915 foreslo Alfred Lauck Parson sin " magneton " som en forbedring i forhold til Bohr-modellen , som skildret endelige partikler med muligheten til å opprettholde stabilitet og avgi og absorbere stråling fra elektromagnetiske bølger . Omtrent samtidig utviklet Leigh Page en klassisk teori om svart kroppsstråling forutsatt roterende " oscillatorer ", i stand til å lagre energi uten å stråle. Gilbert N. Lewis ble delvis inspirert av Parsons modell i utviklingen av teorien om kjemisk binding . Da David L. Webster skrev tre avisene kobler Parson magne med sidens oscillator og forklarer masse og alpha spredning i form av magne. I 1917 Lars O. Grondahl bekreftet modellen med sine eksperimenter for frie elektroner i jerntråder. Parson's teori vakte neste oppmerksomhet fra Arthur Compton , som skrev en serie papirer om elektronens egenskaper, og H. Stanley Allen , hvis papirer også argumenterte for et "ringelektron".
Nåværende status
Aspektet av Parson magneton med den mest eksperimentelle relevansen (og aspektet undersøkt av Grøndahl og Webster) var eksistensen av et elektronmagnetisk dipolmoment ; dette dipolmomentet er faktisk til stede. Men senere arbeid av Paul Dirac og Alfred Lande viste at en pointlike partikkel kan ha en iboende Quantum spinn , og også et magnetisk moment. Den meget vellykkede moderne teorien, Standardmodell for partikkelfysikk, beskriver et punktlignende elektron med et indre spinn og magnetisk øyeblikk. På den annen side kan den vanlige påstanden om at et elektron er punktlignende bare være konvensjonelt assosiert med et "bart" elektron. Det punktlignende elektronet ville ha et divergerende elektromagnetisk felt, som skulle skape en sterk vakuumpolarisering. I samsvar med QED forutsies avvik fra Coulomb-loven i Compton skala avstander fra sentrum av elektronen, 10 −11 cm. Virtuelle prosesser i Compton-regionen bestemmer sentrifugeringen av elektron og renormalisering av dens ladning og masse. Det viser at Compton-regionen til elektronet skal betraktes som en sammenhengende helhet med sin punktlignende kjerne, og danner et fysisk ("kledd") elektron. Legg merke til at Dirac-teorien om elektron også viser den spesielle oppførselen til Compton-regionen. Spesielt viser elektroner zitterbewegung i Compton-skalaen. Fra dette synspunktet motsier ikke ringmodellen QED eller Dirac-teorien, og noen versjoner kan muligens brukes til å innlemme tyngdekraften i kvanteteori.
Spørsmålet om elektronet har en underkonstruksjon av noe slag må avgjøres ved eksperiment. Alle eksperimenter som hittil er i samsvar med standardmodellen for elektronet, uten underkonstruksjon, ringlignende eller på annen måte. De to viktigste tilnærmingene er høyenergi-elektron-positron-spredning og atomprøver med høy presisjon av kvanteelektrodynamikk , som begge er enige om at elektronet er punktlignende ved oppløsninger ned til 10-20 m. For tiden er ikke Compton-regionen med virtuelle prosesser, 10-11 cm over, ikke utstilt i høyenergiforsøkene på elektron-positron-spredning.
Referanser
27- David L. Bergman, J. Paul Wesley ; Spinning Charged Ring Model of Electron Yielding Anomalous Magnetic Moment, Galilean Electrodynamics. Vol. 1, 63-67 (Sept./Oct. 1990).