私が読んだすべての教科書/物理学の本では、陽子は電子よりも大きく、正確には2000倍も大きい粒子として言及されています。 ..数分前に”電子の半径をググったとき”と信じていたので、どこかでそれを読みましたそれは陽子の半径の2.5倍でした…電子の半径は陽子の半径よりも大きいです。これは私が読んだすべての物理学の教科書に完全に反します…陽子がなぜであるかを説明するのに役立つ半径が電子の半径の2.5分の1であるのに対し、2000倍大きいことが評価されます…事前に感謝します
コメント
- 必要がありますクレームへのリンクを提供します。コンテキストは、特に物議を醸すステートメントで重要です。
- すべての基本的な（つまり、非複合）粒子と同様に、電子は標準モデルの点粒子です。それらは半径のある小さな球ではありません。
- 陽子には、体積ではなく、はるかに多くの質量があります。この2つは非常に異なる特性です。実際、陽子や電子などの小さな粒子の場合、質量が大きいほど占有するスペースが少なくなります（より正確には、位置の不確実性が少なくなります。電子も陽子も小さな球ではありません）。
- これはあなたの質問に答えますか？ 電子には形がありますか？
- できませんでした’代わりに、電子の半径’の軌道？
回答
量子力学粒子には明確に定義された質量がありますが、ではありませんには明確に定義されたサイズ（半径、体積など）があります。古典的な意味。パーティクルに長さスケールを割り当てる方法は複数ありますが、サイズと形状が明確に定義された小さなボールと考えると、間違いです。
ドブロイ波長：小さな開口部を通過する粒子は、 $$ \ lambda_ {dB} = \ frac {h} {mv} $$ ここで、 $ h $ はプランク定数、 $ m $ は粒子の質量であり、 $ v $ は粒子の速度です。これにより、回折や干渉などの量子効果が重要になる長さのスケールが設定されます。また、理想的なガス中の粒子間の平均間隔が $ \ lambda_ {dB} $ 以下のオーダーである場合、古典的な統計力学が崩壊することもわかります（たとえば、エントロピーは $-\ infty $ に分岐します。
コンプトン波長：粒子の位置を測定する1つの方法は、粒子が存在すると思われる領域にレーザーを当てることです。光子が粒子から散乱する場合、光子を検出してその軌跡をたどり、粒子がどこにあったかを判断できます。次のような測定の解像度これは使用する光子の波長に制限されるため、波長の小さい光子はより正確な測定値を生成します。
ただし、ある時点で、光子のエネルギーは粒子の質量エネルギーに等しくなります。このような光子の波長は、 $$ \ lambda_c = \ frac {hc} {mc ^ 2} = \ frac {h} {mc} $$ で与えられます。このスケールでは、光子と粒子の衝突によって粒子と反粒子のペアが生成され始めるため、位置測定の精度が低下します。
“クラシック”半径：総電荷量を圧縮する場合
古典半径 m $ 。これはトムソン散乱断面積と同じオーダーであることが判明したため、この長さスケールは低エネルギーの散乱を考慮する場合に関連します。粒子からの電磁波。
荷電半径：粒子を球形としてモデル化する場合” cloud “の場合、非常に高精度の散乱実験を実行して、この電荷雲の有効サイズを決定できます。結果は、粒子の荷電半径と呼ばれ、粒子が電磁的に相互作用する方法の詳細を検討している場合に検討するのに非常に関連性のある長さスケールです。 。基本的に、荷電成分は空間の非ゼロ領域を占めるため、荷電半径は複合粒子で発生します。陽子の荷電半径は、陽子を構成するクォークによるものであり、およそ $ 0.8 $ フェムトメートルであると測定されています。一方、電子は複合粒子であることが知られていないため、その電荷半径はゼロになります（これは測定値と一致しています）。
励起エネルギー：さらに別の長さスケールは、粒子の内部構成要素をより高いエネルギー状態（振動や回転など）に励起するのに十分なエネルギーを持つ光子の波長によって与えられます。 ）。電子は（私たちが知る限り）基本的なものであり、励起する成分がないことを意味します。その結果、この測定でも電子のサイズはゼロになります。一方、陽子は次のように励起されます。サイズに対応するエネルギー
最初の3つの例では、粒子の質量が分母に表示されることに注意してください。これは、他のすべての条件が同じであれば、より質量の大きい粒子が小さいの長さのスケール（少なくともこれらの測定値による）。陽子の質量は、電子の質量よりも約 1,836 。その結果、de Broglie波長、Compton波長、および陽子の古典的半径は次のようになります。同じ係数で電子よりも小さい。これは、わずかな2.5倍の主張がどこから来たのかという疑問を提起します。
グーグルですばやく検索すると、この主張はサイトAlternativePhysics.orgに表示されます。上記の古典電子半径は、”測定された”陽子半径の2.5倍であるということが指摘されています。陽子電荷半径。これは真実ですが、特に意味はありません。量子力学的オブジェクトであるため、電子も陽子も、古典的な大理石のような半径を持っていません。 2つのまったく異なるサイズの測定値を使用して2つの粒子を比較することは、リンゴとオレンジを比較することです。
最後の注意として、AlternativePhysics.orgで見つけた主張をすべて受け取らないように注意します。真剣に。医学界からのことわざを借りるには、「実際に意味のある”代替物理学”のサブセットの名前があります。それは」 sは物理学と呼ばれます。
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- @ my2ctsプロトンは半径ではないため、半径がありません。小さな球。あなたは荷電半径を参照しています-量子オブジェクトにサイズを割り当てるさらに別の方法です。これは多くの実験に最も関連する手段ですが、確かに唯一の可能な方法ではありません。
- @ my2cts I ‘一部の専門家が荷電半径は有用です…そして他のものはコンプトン波長が有用である領域で働いています。
- @ my2ctsこれは奇妙な議論です。もちろん、陽子の荷電半径に取り組んでいる人々は、陽子の荷電半径について話しますが、陽子のサイズの他の尺度については話しません。そのため、’比較的有名な問題です’は、Googleのデフォルト設定です。 ‘プロトンサイズの他の測定値が”正しくない”という意味ではありません。ちなみに、私はこれらの測定の1つが行われたラボで働いています（別の実験ではありますが）。
- @ my2cts-あなたは間違ったことに懐疑的です。あなたがリンクしたウィキペディアの記事は、実際には’が荷電半径について話していると言っています（あなたが話すことができる他の種類の半径があることを意味します）。実際、’は、荷電半径に関するWikipediaの記事へのリンクがあり、”原子も原子核も明確に述べていません。原子核には明確な境界があります”（これには水素の原子核が含まれることに注意してください-これは単なる陽子です）。つまり、半径を’とる定義する必要があります。 ‘これについて物議を醸すものは何もありません。
- @ my2ctsこれを考慮してください：地球’の大気も’明確な境界はありません、それはただ宇宙に飛び出します。実際、その最も外側の部分はおそらく月を越えて到達します。では、その厚さをどのように定義しますか？カットオフを質量の99％にすると、’の厚さは約31kmになります。 99.9％のマークを選択すると、’は42kmになります。 99.99997％を取ると、’は100kmになり、国際的なコンベンションによる宇宙の始まりです。しかし、’にはまだそれ以上の雰囲気があります。密度が均一で、境界が明確であると想像すると、’はわずか約8.5kmです。粒子を使った同様のこと
回答
ウラジムによる最後の良い回答を読むには、次のことも重要です。原子には明確に定義された体積がないことに注意してください。電子と陽子を質量密度が均一な完全な球体として扱うことは、正確には正しくありません。そうは言っても、古典的な測定では電子が陽子の直径の約2.5倍になる可能性がありますが（これを引用するとよいでしょう。古典的な電子半径を参照していますか？）、陽子の質量は2000です。電子のそれの倍。
一般に、電子の質量は $ 9.1 \ times 10 ^ {-31} kg $ ですが、陽子は
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- 原子には明確に定義された体積がありますが、それは化学的性質に依存します。たとえば、室内条件下での金属のナトリウム原子の体積は約0.4 nm $ ^ 3 $です。
- @ my2ctsこれが’ s一般的に見られますか？高さ3mの750m2の駐車スペースには50台分のスペースがあるので、私には駐車場の車のサイズは45m3と言っているように思えます。私は’専門家ではありませんが、おそらくアトムにとっては理にかなっています。
- @ my2ctsは、このような衒学者と矛盾が本当に必要ですか？ ‘しようとしているポイントは何ですか？
- @ my2cts車のタイヤのボリュームは非常に明確です。すべての古典的なオブジェクトには、明確に定義された形状/境界/エッジなどがあります。あなたの論理は、たとえばビーチボールの場合、空気を抜くことができるため、明確に定義されたボリュームがないことを意味します。いいえ。’の体積は$ 4/3 \ pi r ^ 3 $です。
- @FooBar原子またはイオンの体積を定義すると便利な場合があります。原子に明確に定義された体積がないというステートメントは、常に役立つとは限りません。私はできるので、過度に自信のある発言には反対します。教義はありません。ところで、あなたは最後のコメントでフォーラムのルールを破っています。
回答
陽子は、半径は約0.8〜0.9フェムトメートルです。この値は、非常に小さなスケールでのクーロンポテンシャルの詳細に敏感な散乱および分光データから得られます。
私たちが知っているすべてのこととして、電子は点粒子。スピン以外の内部自由度は見つかりませんでした。散乱データは、 $ 10 ^ {-18} $ mの半径の上限と一致しています（ウィキペディアからですが、参照として壊れたリンク）。未解決の問題は、EMの自己エネルギーが点粒子に対して発散することです。半径2.8フェムトメートルの場合、この自己エネルギーはすでに電子の質量に等しいため、この値は電子の（トムソン）半径として知られています。混乱を引き起こしたのはこの数です。
答え
この主張の背後にある事実は、陽子と中性子の質量が電子の約2000倍。質量は、粒子のサイズよりも客観的で永続的な特性です（波動関数の範囲として定義されることが多く、さまざまな状況で大幅に変化する可能性があります）。
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- 答えに感謝します…しかし、このように考えてください-粒子の質量はその体積に直接比例し、半径にも直接比例します…したがって、’どのような状況でも、電子の半径がプロトンの半径よりも大きくなる可能性があるかどうかはわかりません。
- @ alienare4422 体積また、半径に直接比例しますいいえ、そうではありません。
- @ alienare4422粒子の密度が一定であると仮定した場合にのみ、粒子の質量はその体積に比例します。これらの密度はすべての粒子で同じであり、粒子の密度はすべての状況で同じです。特に量子の世界では、これらのどれも真実ではありません。
答え
クレイジーなアイデアをお伝えしましょう電子と陽子の半径は固定されていますが複雑です。実数部は平均で、虚数部は標準偏差です。次に、電子と陽子の古典半径が平均値を決定し、二乗平均平方根値はその意味が可変です。相対論的補正が適用される場合、電子半径は高エネルギーで点ごとになり、散乱断面積は古典電子半径の2乗に比例します。
電子による光子の散乱断面積の式正規化する必要はなく、散乱断面積を決定します $$ Re \ sigma = \ sigma（0）-\ sigma（\ infty）= \ frac {8} {3} \ pi r_e ^ 2; \ sigma（x）= \ sigma（\ frac {\ hbar \ omega} {mc ^ 2}）$$ この場合、複素数形式の半径は $$ R_e = r_e（1 \ pm \ sqrt {（Re \ sigma- \ pi r_e ^ 2）/ \ pi} i）= r_e（1 \ pm 1.29i）$$ その弾性率散乱断面積を決定します
素粒子のサイズに明確な値はありません。素粒子は有限のサイズを持たず、それらの電荷によって明確な最終サイズを決定することは不可能です。電子の場合、さまざまな反応の散乱断面積があり、それらの助けを借りて、私は電子の複雑なサイズを決定することができました。電子の複素数は虚数部まで決定されます。陽子の場合、反応の断面積を表す式がないため、これを行うことはできません。核力は摂動論では記述されていないため、測定のみが行われ、理論式はありません。電子の古典半径は陽子の古典半径よりも大きい。しかし、これは何の意味もありません。陽子のサイズは不明です。