Determinación del radio de masa y el radio de carga de los electrones

rutherford usado$\alpha$-partículas como proyectiles. En comparación con la lámina de oro, tienen una masa "pequeña" e interactúan "fuertemente" a través de la fuerza electromagnética. Además, compare con el tamaño de un átomo de oro (incluidas las capas electrónicas) el$\alpha$-las partículas son pequeñas. Las tres propiedades eran importantes:

• pequeña masa, de modo que la hoja de oro no se mueva cuando interactúa con el$\alpha$-partículas. De lo contrario, no encontraríamos partículas retrodispersadas.
• interacciones "fuertes" a través de la fuerza electromagnética, de modo que podemos encontrar algunas partículas reflejadas en la dirección de avance.
• tamaño pequeño, de modo que forma una sonda local.

Entonces, ¿qué partículas neutras usarías en el experimento electrónico de Rutherford?

Una de las razones por las que un experimento similar al de Rutherford no funcionaría en el caso del electrón es porque el electrón es una partícula elemental, es decir, no está hecho de otra cosa, por lo que dispararle partículas no tendrá ningún efecto en este sentido (de Por supuesto, puedes crear otra partícula haciendo colisionar, por ejemplo, un electrón y un positrón, pero esto no te dará información sobre la estructura del electrón). Por otro lado, un protón está hecho de quarks, por lo que puedes hacer un experimento de Rutherford para ver su estructura interna (y se hizo con una precisión muy alta). Sin embargo, en ambos casos, es difícil definir un radio preciso, ya que ambas partículas tienen un comportamiento ondulatorio, por lo que puede definir una región en el espacio donde puede encontrar la partícula con un 99% (digamos) de certeza, pero puede '

El radio de masa se refiere a partículas cargadas neutras en general como átomos regulares no ionizados. Los núcleos (con la excepción del núcleo He-4) y los electrones son partículas cargadas y su radio es su radio de carga.

Además, el SM considera que las partículas de electrones son partículas de carga de masa puntuales adimensionales, lo que significa que se considera que efectivamente no tienen ningún radio. Esto se debe a que el Modelo Estándar (SM) como teoría efectiva ha adoptado el modelo de masa "desnuda" o bien "desnudo" del electrón donde el electrón se describe como un centro de masa adimensional tipo de punto en el espacio desde donde intrínsecamente todas sus se originan propiedades como masa, carga, espín, etc., opuestas al modelo "vestido" de carga más físico del electrón que describe al electrón con su carga. Entonces, realmente todos los experimentos e investigaciones involucrados hoy en día para definir un radio finito para el electrón,.

Por supuesto, SM como una teoría efectiva no se basa en lo que realmente está allí y solo lo que es necesario para describir con precisión los resultados y los resultados de los fenómenos y hacer predicciones. Es más una teoría cuantitativa y menos cualitativa.

Dicho esto, hasta donde yo sé, no puede realizar ninguna medición de dispersión de luz en electrones libres porque la dispersión elástica de los fotones incidentes en los electrones, por lo tanto, la energía cinética de los fotones se conserva después de la dispersión y no hay un cambio de longitud de onda que permita cualquier datos significativos que se recopilarán para hacer los cálculos.

Solo puede realizar una dispersión inelástica (dispersión Compton o Raman con rayos X de radiación gamma) en electrones de estado ligado o débilmente ligado dentro del átomo, pero nuevamente termina midiendo capas orbitales de electrones y no realmente el radio de carga de un electrón libre en resto que es lo más interesante que queremos saber si el electrón tiene un radio finito.

Hay algunos cálculos teóricos del límite superior del electrón libre en reposo derivados de la medición de otras características del electrón, como su factor g, utilizando una trampa de Penning o teoría pura como esta aquí para el límite superior del radio, pero no concuerdan. y actualmente no existe un método directo para medir el radio de un electrón libre. Este es un secreto que la naturaleza guarda muy caro.

La mejor indicación que tenemos, asumiendo que los quarks tienen el mismo tamaño que los electrones libres, es este experimento del equipo HERA de quarks enlazados dentro de los protones y neutrones con el límite superior del radio de carga establecido en$0.43 \times 10^{-18} m$y también aquí del equipo ZEUS con límite superior$0.85 \times 10^{-18} m$pero nuevamente, también es una cuestión de lo que usted define como radio, incluidos también los cargos virtuales de preparación, etc. Además, tratar de medir las dimensiones de la carga del electrón con métodos electrostáticos o magnetostáticos es en vano, ya que estos son los campos lejanos de interacción del electrón con el entorno generado por la carga del electrón, y no representan el campo cercano del electrón, por lo tanto, su carga. que es un campo de energía autónomo y confinado en el espacio.

En pocas palabras, no tenemos idea de cuál es el radio finito de un electrón libre en reposo y actualmente no existe un método para medirlo directamente usando dispersión de luz o cualquier otro método.

Nota: Encuentro el siguiente texto citado y referencia como una lectura interesante sobre este asunto:

Del modelo orbital de la estructura de las partículas elementales, el electrón está estructurado por el orbital de una carga eléctrica negativa entera, orbital cuyo tamaño es de 2,82 Fm (es decir, el radio clásico del electrón ). Sin embargo, a menudo se cree que el electrón es puntual. Esto se debe a que en experimentos de colisión de alta energía no se detecta su estructura, siendo muy ligera (solo 0,51 MeV) frente a la energía de colisión, por lo que su apariencia puntual proviene de su carga eléctrica estructural que es puntual (menos de 0,001 Fm) [1] .