Модель тороидального кольца - Toroidal ring model

В тороидальный модель кольца, первоначально известный как Парсон Магнетон или же магнитный электрон, это физическая модель субатомные частицы. Он также известен как плазмоид звенеть, вихрь звенеть, или же геликон звенеть. Эта физическая модель рассматривала электроны и протоны в качестве элементарные частицы, и был впервые предложен Альфред Лаук Парсон в 1915 г.

Теория

Вместо единственного вращающийся по орбите обвинять, тороидальное кольцо задумывалось как набор бесконечно малый элементы заряда, которые вращались или циркулировали по общей непрерывной траектории, или "петля ". В общем, этот путь заряда мог принимать любую форму, но имел тенденцию к круглой форме из-за внутреннего отталкивания. электромагнитные силы. В этой конфигурации элементы заряда циркулировали, но кольцо в целом не излучать из-за изменений в электрический или же магнитный поля так как это осталось стационарный. Кольцо создавало общее магнитное поле ("вращение ") из-за Текущий подвижных элементов заряда. Эти элементы циркулировали по кольцу в скорость света c, но на частота ν = c/ 2πр, который зависел обратно на радиус р. Кольца инерционный энергия увеличился, когда сжатый, как весна, и был обратно пропорционален его радиусу, и поэтому пропорциональный к его частоте ν. Теория утверждала, что константа пропорциональности был Постоянная Планка часконсервированные угловой момент кольца.

Согласно модели, электроны или протоны можно рассматривать как пучки "волокна " или же "плазмоиды "с полным зарядом ±е. В сила электростатического отталкивания между элементами заряда одного знака уравновешивался сила магнитного притяжения между параллельно токи в волокнах пучка, на Закон Ампера. Эти волокна закручивались вокруг тор кольца по мере того, как они двигались вокруг его радиуса, образуя Обтягивающий -подобно спираль. Завершение схемы потребовало, чтобы каждое спиральное плазмоидное волокно закручивалось вокруг кольца целое число количество раз, когда он двигался по кольцу. Считалось, что это требование учитывает "квант "ценности угловой момент и радиация. Хиральность требовал, чтобы количество волокон было странный, наверное, три, как веревка. В спиральность твиста, как полагали, отличало электрон от протона.

Тороидальная или «геликонная» модель не требовала постоянного радиуса или инерционной энергии для частицы. В целом его форма, размер и движение регулируются в соответствии с внешними электромагнитными полями окружающей среды. Эти приспособления или реакции на изменения внешнего поля составляли выброс или же поглощение из радиация для частицы. Таким образом, модель утверждала, что объясняет, как частицы соединяются вместе, образуя атомы.

История

Начало

Развитие геликона или тороидального кольца началось с Андре-Мари Ампер, который в 1823 году предложил крошечные магнитные «петли заряда» для объяснения силы притяжения между элементами тока.[1] В ту же эпоху Карл Фридрих Гаусс и Майкл Фарадей также раскрыли основополагающие законы классическая электродинамика, позже собранный Джеймс Максвелл в качестве Уравнения Максвелла. Когда Максвелл выразил законы Гаусс, Фарадей, и Ампер в дифференциальная форма, он предположил точечные частицы, предположение, которое остается основополагающим для теория относительности и квантовая механика сегодня. В 1867 г. Лорд Кельвин предложил, чтобы вихрь кольца идеальная жидкость обнаружен Герман фон Гельмгольц представлял "единственно верный 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 с экспериментами[5] подтверждая существование и свойства электронов, протонов и ядра. Макс Планк добавил в огонь, когда он решил проблема излучения черного тела предполагая не только дискретный частицы, но дискретные частоты излучения, исходящего от этих "частиц" или "резонаторы ". Знаменитая статья Планка,[6] который, кстати, вычислил как Постоянная Планка час и Постоянная Больцмана kB, предположил, что что-то в самих «резонаторах» обеспечивало эти дискретные частоты.

Многочисленные теории о строении атома развивались вслед за всей новой информацией,[7][8] из них модель 1913 г. Нильс Бор стали преобладать. В Модель Бора[9] предложил электроны на круговой орбите вокруг ядро с квантованный ценности угловой момент. Вместо излучая энергию непрерывно, так как классическая электродинамика требовалось от ускоряющего заряда, электрон Бора излучал дискретно, когда он "прыгнул " от одного государственный углового момента к другому.

Парсон Магнетон

В 1915 г. Альфред Лаук Парсон предложил его "магнетон "[10] как улучшение по сравнению с Модель Бора, изображающие частицы конечного размера, способные сохранять стабильность и испускают и впитывать радиация из электромагнитные волны. Примерно в то же время Ли Пейдж разработал классический теория излучение черного тела предполагая вращение "генераторы ", способный накапливать энергию, не излучая.[11] Гилберт Н. Льюис был частично вдохновлен моделью Парсона при разработке своей теории химическая связь.[12] потом Дэвид Л. Вебстер написал три статьи, связывающие магнетон Парсона с осциллятором Пейджа[13] и объясняя масса[14] и альфа рассеяние[15] с точки зрения магнетона. В 1917 г. Ларс О. Грондал подтвердил модель своими экспериментами со свободными электронами в утюг провода.[16] Затем теория Парсона привлекла внимание Артур Комптон, написавший серию работ о свойствах электрона,[17][18][19][20][21] и Х. Стэнли Аллен, чьи статьи также выступали за "кольцевой электрон".[22][23][24]

Текущее состояние

Аспект магнетона Парсона, имеющий наибольшее экспериментальное значение (и аспект, исследованный Грондалом и Вебстером), заключался в существовании магнитный дипольный момент электрона; этот дипольный момент действительно присутствует. Однако более поздние работы Поль Дирак и Альфред Ланде показал, что точечная частица может иметь собственную квантовую вращение, 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 может быть условно связано только с «голым» электроном. Точечный электрон будет иметь расходящееся электромагнитное поле, которое должно создавать сильную поляризацию вакуума. В соответствии с КЭД отклонения от закона Кулона предсказываются на расстояниях комптоновского масштаба от центра электрона 10−11 см. Виртуальные процессы в области Комптона определяют спин электрона и перенормировку его заряда и массы. Это показывает, что комптоновскую область электрона следует рассматривать как когерентное целое со своим точечным ядром, образующим физический («одетый») электрон. Обратите внимание, что теория электрона Дирака также демонстрирует своеобразное поведение области Комптона. В частности, электроны отображают zitterbewegung по шкале Комптона. С этой точки зрения модель кольца 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 субструктуру, должен решаться экспериментально. Все эксперименты на сегодняшний день согласуются со Стандартной моделью электрона, без субструктуры, кольцевой или иной. Двумя основными подходами являются электрон-позитронное рассеяние высоких энергий.[25] и высокоточные атомные тесты 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 диаметре, не выставляется в высокоэнергетических экспериментах по электрон-позитронному рассеянию.

Рекомендации

  1. ^ Андре-Мари Ампер (1823). "Sur la théorie mathématique des phénomènes électrodynamiques uniquement deduite de l'expérience" [О математической теории электродинамических явлений только на основании опыта]. Mémoires de l'Académie des Sciences de l'Institut de France Académie des Sciences (На французском). 6: 175.
  2. ^ Уильям Томсон, "О вихревых атомах ", Труды Королевского общества Эдинбурга, V6, pp. 94–105 (1867) {перепечатано в Философский журнал, V34, pp. 15–24 (1867)}.
  3. ^ Дж. Дж. Томсон, "Катодные лучи ", Философский журнал, S5, V44, стр. 293 (1897 г.).
  4. ^ Эрнест Резерфорд, "Урановое излучение и электрическая проводимость В архиве 2007-09-08 на Wayback Machine ", Философский журнал, S5, V47, стр. 109–163 (январь 1899 г.).
  5. ^ Видеть Томсон эксперимент и Резерфорд эксперимент для подробностей.
  6. ^ Макс Планк, "О законе распределения энергии в нормальном спектре. ”, Annalen der Physik, V4, p. 553 сл. (1901). В архиве 25 октября 2007 г. Wayback Machine
  7. ^ Дж. Дж. Томсон, "О строении атома ... В архиве 2007-09-09 на Wayback Machine ", Философский журнал, S6, V7, N39, стр. 237–265 (март 1904 г.).
  8. ^ Эрнест Резерфорд, "Рассеяние α- и β-частиц веществом и структура атома. В архиве 2007-02-05 на Wayback Machine ", Философский журнал, S6, V21, стр. 669–688 (май 1911 г.).
  9. ^ Нильс Бор, "О строении атомов и молекул В архиве 2007-07-04 в Wayback Machine ", Философский журнал, S6, V26, стр. 1–25 (июль 1913 г.).
  10. ^ Альфред Л. Парсон, "Магнетонная теория структуры атома", Smithsonian Miscellaneous Collection, Pub 2371, 80pp (ноябрь 1915 г.) {Перепечатанный Pub 2419, V65, N11 (1916)}.
  11. ^ Ли Пейдж, "Распределение энергии в нормальном спектре излучения", Физический обзор, S2, V7, N2, стр. 229–240 (февраль 1916 г.).
  12. ^ Гилберт Н. Льюис, "Атом и молекула В архиве 2007-09-18 на Wayback Machine ", Журнал Американского химического общества, V38, стр. 762–786 (1916).
  13. ^ Дэвид Л. Вебстер, "Заметки о теории теплового излучения Пейджа", Физический обзор, S2, V8, N1, стр. 66–69 (июль 1916 г.).
  14. ^ Дэвид Л. Вебстер, "Теория электромагнитной массы магнетона Парсона и других несферических систем", Физический обзор, S2, V9, N6, стр. 484–499 (июнь 1917 г.).
  15. ^ Дэвид Л. Вебстер, "Рассеяние альфа-лучей как свидетельство гипотезы магнетрона Парсона", Физический обзор, S2 (февраль 1918 г.).
  16. ^ Ларс О. Грондал, "Труды Американского физического общества: экспериментальные доказательства для Парсона Магнетона", Физический обзор, S2, V10, N5, стр. 586–588 (ноябрь 1917 г.).
  17. ^ Артур Х. Комптон, "Размер и форма электронного обращения - 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", Физический обзор, S2, V14, N1, стр. 20–43 (июль 1919 г.).
  19. ^ Артур Х. Комптон, "Размер и форма электрона: II. Поглощение высокочастотного излучения", Физический обзор, S2, V14, N3, стр. 247–259 (сентябрь 1919 г.).
  20. ^ Артур Х. Комптон, «Возможная магнитная полярность свободных электронов», Философский журнал, 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, "Случай кольцевого электрона", Труды Лондонского физического общества, V31, N1, стр. 49–68 (декабрь 1918 г.).
  23. ^ Х. Стэнли Аллен, "Оптическое вращение, оптическая изомерия и кольцевой электрон", Философский журнал, S6, V40, N6, стр. 426 (1920).
  24. ^ Х. Стэнли Аллен, "Момент импульса и некоторые связанные свойства кольцевого электрона", Философский журнал, S6, V41, N6, стр. 113 (1921 г.).
  25. ^ Д. Бурилков, "Подсказка для аксиально-векторных контактных взаимодействий в данных о е+е− → е+е−(γ) при энергиях в центре масс 192–208 ГэВ », Phys. Rev. D 64, 071701 (2001), Физический обзор онлайн-архива.
  26. ^ Б. Одом, Д. Ханнеке, Б. Д'Урсо и Г. Габриэльс, Новое измерение магнитного момента электрона с помощью одноэлектронного квантового циклотрона, Phys. Rev. Lett. 97, 030801 (2006), ПИСЬМА С ФИЗИЧЕСКИМ ОБЗОРОМ.
 27 - Дэвид Л. Бергман, Дж. Пол Уэсли; Модель электрона с вращающимся заряженным кольцом     Предоставление аномального магнитного момента, Галилеевская электродинамика. Vol. 1, 63-67 (сентябрь / октябрь 1990 г.).