¿Existe realmente la carga puntual?

¿La carga puntual realmente existe experimentalmente?

¿Tengo razón con la definición de carga puntual? Según yo, la carga puntual es una carga que tiene 0 (cero) masa y 0 (cero) volumen.

Es un concepto ideal utilizado para hacernos la vida más fácil . Puedes decir lo mismo sobre una masa puntual . ¿Eso realmente existe? Obviamente no lo hace. Pero en muchos casos, digamos para una mota de polvo, la aproximación de masa puntual se mantendrá. De manera similar, en realidad, una carga puntual no tiene existencia. Pero en muchos casos, se puede aplicar una aproximación .
Señor, @Kunal_Pawar, ¿puede pensar en alguna razón por la que no existen?
¿ Podrías decirme qué entiendes por la palabra punto ? ¿ Qué es un punto para ti?
Si recuerdas la geometría de Euclides, " un punto es lo que no tiene parte ". Si tomo mi bolígrafo y dibujo un punto en un papel. Parece que el punto es un punto. Es decir, no tiene parte. Pero cuando tomo una lupa y miro el mismo punto que dibujé, no parece ser un punto, ha sido ampliado a una figura de área finita (un círculo).
Las partículas fundamentales en QFT son puntuales con tamaño cero. Estás haciendo una declaración demasiado confiada al decir que "obviamente" no existen.
@dukwon Si pudiera hacer zoom tanto como quisiera, todo tendría un tamaño finito, ¿no? Y creo que es mejor no invocar QFT para la pregunta de un estudiante de secundaria.
No es necesario comprender QFT para comprender que se trata de partículas puntuales. Por lo que sabe la física moderna, no importa cuánto se acerque a una partícula fundamental (como un electrón), no tiene un tamaño finito.
@KunalPawar "Creo que es mejor no invocar QFT para la pregunta de un estudiante de secundaria". No. Si la pregunta es de la naturaleza que no puede responderse satisfactoriamente sin QFT, entonces uno debe invocar QFT. :-)
Este tipo de disputa surge todo el tiempo. Voy con la idea de que uno debe dar la respuesta más precisa que pueda ser entendida por el interrogador en su nivel actual de sofisticación. De lo contrario, su respuesta tiene que crear esa sofisticación, lo que puede ser una tarea difícil. Por supuesto, la respuesta podría contener una declaración: "Después de cuatro años de universidad, te darás cuenta de que las cosas no son tan simples como pretendo". En este caso, el OP en realidad ha pedido más detalles, así que bien por ellos.
¿Por qué masa cero? Los objetos puntuales solo se caracterizan por no ser objetos extensos (lo que implica volumen cero, pero no al revés (contraejemplo: cadena)). Esto no dice nada sobre cualquiera de sus otras propiedades independientes, como la masa.

Respuestas (5)

En tu definición, has puesto la masa = 0 condición. No se puede tener una partícula cargada sin masa. Permitir que existan predecirá una descomposición de los electrones y no tenemos evidencia de que eso suceda. Por supuesto, la suposición aquí es que QED es correcto y no tenemos evidencia de que no lo sea.

Sin embargo, si elimina la restricción de masa, nuestro humilde electrón debería calificar para todos los propósitos prácticos. Hasta donde sabemos, el electrón no tiene extensión espacial. Una extensión espacial no concuerda bien con los modelos QED.

PD:- Debo aclarar que a lo largo de este post me refiero únicamente a cargas eléctricas. También hay otros tipos de cargas en la naturaleza (p. ej., carga de color).

Señor, ¿cuál es el modelo QED? En realidad, soy un principiante, lo cual es curioso, ¡así que por favor!
@Apoorv Khurasia- Escribiste: ** No puedes tener una partícula cargada sin masa. ** Pero, ¿qué pasa con el gluón? No es una partícula de materia, pero sin embargo...
@descheleschilder Creo que el contexto en el que OP abrió la pregunta fue por cargas eléctricas. No obstante, tiene razón y debo aclarar que me refiero a cargas eléctricas en mi respuesta. De hecho, todo el problema en QCD es que los gluones tienen una carga de color. Si los fotones tuvieran una carga eléctrica, QED habría sido más complicado. Si existe alguna otra partícula cargada sin masa, entonces también se convertirá en un mediador para la fuerza EM y dará lugar a problemas similares en QED.
¿Por qué decae el electrón? ¿Qué pasa si una partícula cargada sin masa tiene una carga inusual, por ejemplo, 10.
Cierto, pero si tales partículas existieran, deberían haber sido dos observaciones que deberíamos haber hecho hasta ahora: QED en su forma actual no habría predicho nada de lo que habíamos observado porque esta partícula sin masa altamente cargada habría sido un mediador adicional para campos EM y debido a su cargo, interactuaría consigo mismo (similar a cómo el gluón complica la QCD). En segundo lugar, los efectos de polarización del vacío habrían sido más pronunciados. En teoría, nada impide la existencia de tales partículas, pero experimentalmente no hemos observado nada y nuestros modelos dicen que ya deberíamos haberlo hecho.

A partir de ahora, no hemos encontrado partículas cargadas y sin masa, ni hemos predicho ninguna en el modelo estándar .

Sin embargo, su definición de carga puntual es errónea. Las partículas puntuales no tienen volumen: su extensión espacial es similar a la idea matemática de un punto , independientemente de su masa. Las cargas puntuales tienen carga (y quizás masa) sin extensión física.

Los electrones parecen ser partículas puntuales en la medida en que podemos medirlos, tanto en redondez como en tamaño . Dado que tienen carga, ellos (y su compañero de antimateria, el positrón) satisfacen la definición de cargas puntuales de la mayoría de las personas.

La idea con las partículas puntuales es que cuando la escala de un objeto es significativamente más pequeña que la distancia de separación o el aparato, la partícula puntual modela el sistema lo suficientemente bien como para hacer buenas predicciones.

En mi humilde opinión, las partículas puntuales no existen, pero tal vez haya una alternativa:

Comencemos con una dimensión de tiempo y una de espacio. La dimensión de un espacio es, de hecho, una estructura bidimensional, que obtendremos al enrollar un espacio bidimensional muy apretado para que el radio del cilindro sea del orden de la longitud de Planck (que es bastante cercano a un espacio unidimensional). Podemos colocar en este cilindro pequeños círculos, que representan las partículas en este espacio-tiempo bidimensional. Tenga en cuenta que todos los cilindros se pueden apilar entre sí con una diferencia de separación cero, aunque la situación sobre la distancia entre dos círculos uno encima del otro es un poco más complicada e involucra la distancia de Planck.

Todo esto es fácil de imaginar. Pero si enrollamos un espacio plano tridimensional en la cuarta dimensión espacial que da como resultado un espacio bidimensional (cilíndrico) que parece un espacio bidimensional plano, mientras que en realidad es un espacio tridimensional, pero debido a que Planck la longitud es tan pequeña que no se notará, como enrollar un espacio bidimensional plano en la tercera dimensión que da como resultado un espacio (aparente) unidimensional (que es, de hecho, un cilindro bidimensional que parece mucho como un espacio unidimensional debido a su pequeño radio de aproximadamente la longitud de Planck), ya no podemos visualizar lo que sucede debido a la participación de la cuarta dimensión espacial.

En este espacio bidimensional (aparente), las partículas son capas esféricas bidimensionales envueltas alrededor del cilindro bidimensional [como las capas esféricas unidimensionales, también conocidas como círculos, envueltas alrededor del cilindro (casi) unidimensional]. También aquí las partículas pueden tocarse entre sí "completamente" como los círculos en el cilindro muy pequeño.

Ahora enrollamos el espacio plano de cinco dimensiones en la cuarta dimensión del espacio. Lo que resulta es un (aparente, pero porque la longitud de Planck es...) espacio tridimensional, pero es, de hecho, un cilindro tetradimensional sobre el que se colocan capas esféricas tridimensionales para cumplir la parte de partículas. Una vez más, todas estas partículas pueden tocarse por completo [Picasso trató de captar la cuarta dimensión pintando sus modelos en su mayoría femeninas, o imaginando, pintándolas desde todos los lados (bueno, en su mayoría solo el lado y la vista frontal de la cara juntas en una rostro)].

Nótese que estas estructuras no tienen nada que ver con las cuerdas y branas de las que aparecen en la teoría de cuerdas. Estas estructuras son rígidas y pueden girar sin disminuir su longitud en la dirección del movimiento. La velocidad angular es perpendicular a la dirección del movimiento, que de nuevo es más fácil de visualizar en el caso de pequeños círculos que se mueven en un cilindro muy estrecho. Los objetos pueden girar más rápido que la velocidad de la luz sin que nos demos cuenta. Tal vez lo que notamos es que las partículas tienen giro.

Una cosa más. En el modelo rishon creado por Haim Harari, todos los quarks y leptones (y también las partículas Z y W) constan de tres partículas básicas más: el rishon V y el T. No tienen masa, pero una combinación de tres de ellos, que tienen una hipercarga incolora y pueden tener una carga coloreada como la que tienen los quarks, y una combinación incolora como la que tienen los leptones (electrones, muones, partículas tau), tienen masa debido a la gran fuerza de la fuerza hiper color. Entonces, una partícula cargada eléctricamente (o una partícula cargada de color) sin masa no existirá. Toda partícula con masa tiene carga eléctrica o carga de color (pero no hipercarga; vienen en combinaciones incoloras) y una masa sin ellas no existe (a la luz de este modelo).

La pregunta está mal definida/poco científica. 'Existir realmente' es algo metafísico. Ciertamente, uno puede describir con éxito fenómenos experimentales en electromagnetismo e interacciones electrodébiles con teorías de partículas puntuales cargadas. Esa es una teoría inventada por los humanos. Su existencia real, signifique lo que signifique, es una suposición adicional opcional pero injustificada, que es irrelevante para lo que se puede describir y lo que se ha medido.

Definitivamente no. Las cargas puntuales requieren meter una gran cantidad de carga en un volumen muy pequeño, la energía potencial electrostática para hacerlo se acercaría al infinito.

Los electrones, aunque diminutos, no se consideran cargas puntuales. Incluso tienen volumen, aunque bastante pequeño. Consulte https://en.wikipedia.org/wiki/Classical_electron_radius para conocer el valor del radio de un electrón.

Los electrones son partículas puntuales en el modelo estándar. Aplicar el razonamiento de la física clásica a los electrones no es particularmente útil.
FWIW, hay un cálculo realizado que muestra que, en la relatividad general completa, la energía potencial gravitacional infinita de una carga puntual se cancela exactamente por la energía potencial electrostática infinita, que suma a cero.
El radio dado en ese artículo wiki es casi el mismo que el de un protón, y hemos medido electrones mucho más pequeños que eso. Tenga en cuenta que los electrones no son partículas "clásicas".
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