Что не так с массой электрона?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Электрон традиционно является частицей, которая вызывает наибольший интерес среди любителей популярной науки. Во многом на это влияют его специфические свойства и множество парадоксов, которые с ним связаны. Давайте обсудим теперь ещё и массу электрона. Можно просто сказать, что и обсуждать тут нечего. Достаточно просто открыть табличные величины физики и увидеть, что масса электрона присутствует среди стандартных значений и имеет точное значение в килограммах. Конечно число крошечное, но это не ноль. Вот только не всё так просто.

Коллаж из картинки и массы электрона. Разместил бы фотографию электрона, но её не может существовать
Коллаж из картинки и массы электрона. Разместил бы фотографию электрона, но её не может существовать
Автор: freepik.com Источник: ru.freepik.com

Наиболее объективной моделью физики сегодня считается стандартная модель. Стандартная модель физики — это основополагающая теория, которая описывает, из каких частиц состоит материя и как они взаимодействуют друг с другом. Эта модель охватывает три из четырех основных взаимодействий: электромагнитное, слабое и сильное. Однако она не включает гравитацию, так как для ее описания используется общая теория относительности. Проблематика вопроса гравитации уже раскрывалась мной и сейчас не будем останавливаться на этом моменте. Стандартная модель помогает нам понять, как устроены атомы и какие силы действуют в природе. И как раз из этого вытекает главный вопрос, обозначенный в начале обсуждения.

Фундаментальные строительные блоки для материи в стандартной модели включают безмассовые заряженные фермионы. То есть, и кварки, и заряженные лептоны (семейство электрона) обозначаются в теории как безмассовые частицы. Тогда откуда циферка в табличке стандартных значений? Ведь он априори относится к семейству частиц, не имеющих массы.

Фермионы, несущие электрический заряд, получают массу благодаря механизму Хиггса, который основан на нарушении симметрии, вызванном присутствием поля Хиггса. Взаимодействуя с этим полем, заряженные фермионы испытывают эффект спонтанного нарушения симметрии, поскольку энергетически наиболее выгодное состояние поля Хиггса не соответствует его состоянию с нулевыми колебаниями. Это состояние минимальной энергии определяет наблюдаемый физический вакуум. Однако даже в этом вакууме поле Хиггса характеризуется наличием возбуждений.

Взаимодействие заряженных фермионов с этими колебаниями воспринимается как взаимодействие с самим вакуумом.

Иными словами, электрон, существующий в физическом вакууме, несет в себе энергию, связанную с этим взаимодействием. Поскольку энергия эквивалентна инертной массе, этот электрон проявляется как массивная частица, оказывающая сопротивление ускорению, как это описано во втором законе Ньютона. Получается, что электрон — это лептон, у которого нет массы, но при этом у него есть энергия, достаточная для взаимодействия с флуктуациями в поле Хиггса. Поэтому у него есть измеримая масса и мы можем записать её в константы.

Ситуация сродни той, что мы знаем про кота Шредингера. Ведь кот был приведен как пример физического абсурда при попытке разобраться в странной квантовой теории, не понятной классическим физикам того времени. Потому и кот, который не может быть сразу и жив, и мёртв, выбран как эталон нелепости. Примерно также с массой электрона. Электрон согласно стандартной модели относится к безмассовым частицам, но поскольку у него есть энергия, то он может взаимодействовать с полем Хиггса и становиться массивным.

И на ёлку успешно залезли, и рыбку съели. Стандартная модель вроде как разрешает противоречие, позволяя одновременно существовать безмассовым частицам и предсказывая наличие массивных фермионов. В итоге, электрон, изначально лишенный массы, проявляется как частица с четко определенной, измеримой массой покоя.

Изображение в превью:
Автор: freepik.com
Источник: ru.freepik.com
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)
Об авторе
Изучаю физику и стараюсь познать устройство мира с её помощью. Делюсь наработками и открытиями с вами. Кандидат наук, научный сотрудник и когда-то преподаватель. Автор научных статей в рецензируемых журналах. Рассказываю интересное про популярную науку и физику на YouTube, заходите в гости! Читайте мои статьи на этой страничке ixbt и в Telegram-канале!

10 комментариев

Добавить комментарий

a
Иными словами, электрон, существующий в физическом вакууме, несет в себе энергию, связанную с этим взаимодействием. Поскольку энергия эквивалентна инертной массе, этот электрон проявляется как массивная частица, оказывающая сопротивление ускорению, как это описано во втором законе Ньютона.

Ерунда...
Массы W/Z/фотона определены через вакуумное среднее, синус угла Вайнберга и заряд электрона.
А массы лептонов определяются в стандартной модели через вакуумное среднее, которое одинаково везде плюс взаимодействием с хиггсовским полем. Причем есть занятное правило — взаимодействие лептонов с хиггсовским полем пропорционально массе.
Получается, что масса лептона определяется… через массу лептона. И каким ускорениям она там соответствует — никто не знает. Во всяком случае, не механике СТО. Вот и вся философия.
153278865@vkontakte
А по-русски можно?
1
Это старый падонаг. Они до сих пор только на олбанскам пишут.
112684647372913428397@google
Так это проистекает из «Однако даже в этом вакууме поле Хиггса характеризуется наличием возбуждений.». И проблема не в механике сто;) А в том, что из движущегося вагона определять скорости соседних объектов, не имея обратной связи (оптической в том числе), к примеру, в тумане, слегка сложнее, чем с перрона;) На перроне есть точка отсчёта, в вагоне ее нет;)
112684647372913428397@google
И кстати, масса через среднее и угол это есть производная второго закона
a
Группы симметрии стандартной модели со всеми углами смешивания Вайнберга и Кабиббо к кинематике СТО не имеют никакого отношения. Как и второй закон Ньютона не работает в СТО.
1
Животное, ты на зиму уехало из Бобруйска в Зеленоград и там нахваталось? кг/ам. Лучше иди ловить голубя, как боцман.
1
А с какого масса электрона постоянна? При переходе с орбиты на орбиту его энергия меняется и наоборот, для данного перехода энергия должна измениться. А при изменении энергии меняется и масса электрона, то есть электроны на разных орбитах имеют разную массу.
a
Меняется энергия. А масса — постоянна, как учит нас специальная теория относительности в современном виде. Давно пора забыть «массу покоя», которую физики, работающие с элементарными частицами, не используют больше 50 лет. Во всяком случае, во втором томе ландафшица издания 1960 года массы покоя нет.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Севиче: как сок лайма меняет текстуру сырой рыбы почти так же заметно, как нагревание

У севиче есть редкое кулинарное свойство: за несколько минут оно демонстрирует химическую реакцию почти без маскировки. Кусочки свежей рыбы попадают в сок лайма прозрачными, мягкими и явно сырыми,...

Обзор топовой RockTek G2 Next на Amlogic S905X5M-J: сертифицированная тв-приставка с Dolby Vision, HDR10+, Dolby Atmos, WiFi6 и LAN 1000

RockTek G2 Next это топовая версия сертифицированной приставки на процессоре Amlogic S905X5M-J с поддержкой передовых стандартов Dolby Vision и HDR10+, многоканального звука Dolby Atmos и DTS,...

Почему считается, что на Сейшельских островах нет змей и так ли это на самом деле

Сейшельские острова часто называют одним из немногих тропических мест, где можно отдыхать, не опасаясь встретить змею. Кажется, что среди пальм, густой растительности и влажных лесов этих островов...

Почему при сонном параличе мы видим «демонов»: что наука говорит о жутких ночных приступах

Многие люди хотя бы раз в жизни сталкивались с пугающим состоянием: вы просыпаетесь посреди ночи, находитесь в полном сознании, видите свою комнату, но не можете пошевелиться. Руки, ноги и...

Почему волки избегают людей, но сами выходят на дороги: что показали GPS-ошейники

Волки обычно стараются держаться подальше от людей. Но есть одна странность. В лесах их следы нередко обнаруживают прямо на дорогах, причём иногда звери проходят по ним несколько километров....