Ce formă are electronul?
„Tot ceea ce credem că este real este compus din lucruri care nu pot fi considerate ca fiind reale”.
Niels Bohr.
Electronii sunt obiecte cuantice. La fel ca toate celelalte obiecte cuantice, un electron este atât undă, cât şi particulă. Pentru a fi mai exacţi, un electron nu este nici undă şi nici particulă în sensul obişnuit. În schimb acesta este descris de o funcție de undă cuantificată care codifică distribuția de probabilitate a tuturor proprietăților măsurabile sau observabile ale acestuia.
Forma electronului
În conformitate cu Modelul Standard, atunci când un electron se comportă ca o particulă, acesta nu are nicio formă. În acest caz, fizicienii se referă la un electron ca la o „particulă punctiformă”, ceea ce înseamnă că acesta interacţionează ca şi cum s-ar afla într-un singur punct din spaţiu şi nu răspândit într-un volum tridimensional.
Când interacţionează ca o particulă, electronul reprezintă un singur punct din spaţiu și nu are formă. Credit: Christopher S. Baird.
Dacă ideea unei mase finite conţinută într-un volum infinit de mic vă pare ilogică, trebuie să ţineţi cont de faptul că electronul nu este literalmente o minge solidă. Acest lucru înseamnă că masa electronului nu este concentrată într-un volum infinit de mic. Atunci când electronul se comportă ca o particulă, el interacţionează ca şi cum ar fi localizat într-un singur punct. Din acest motiv se spune că electronul, ca particulă elementară, nu are o formă.
Particulele fundamentale, cum ar fi electronii, nu au o structură internă, nu sunt formate din particule mai mici şi din acest motiv toate particulele elementare sunt considerate punctiforme. De asemenea, nu toate obiectele cuantice sunt fundamentale, adică punctiforme.
În cazul în care electronul ar fi compus din alte particule, atunci acesta ar putea avea într-adevăr o formă atunci când interacţionează ca o particulă. Dar nu, electronul este o particulă punctiformă și în multe calcule poate fi considerat fără dimensiuni.
Atunci când electronul se comportă mai mult ca o undă, afirmăm că orbitalul acestuia poate avea tot felul de forme, atâta timp cât acestea sunt descrise de funcția de undă a electronului.
Orbitalul electronului din atomul de hidrogen poate avea diferite forme în funcţie de energia electronului, aşa cum se poate observa în imagine. Fiecare regiune de culoare albă corespunde unui maxim al funcţiei de undă a electronului. Sursă: Christopher S. Baird
Electronul are o masă incredibil de mică astfel încât acesta are un impuls mic în comparație cu cel al obiectelor macroscopice. Din acest motiv, lungimea de undă De Broglie asociată electronului poate fi suficient de mare încât natura ondulatorie a particulei să producă efecte observabile.
Pe baza celor de mai sus, se afirmă că electronul se poate comporta atât ca o undă, cât şi ca o particulă, acesta fiind un exemplu al dualităţii undă-particulă.
Şi atunci, care este forma electronului?
Recent, au fost date publicităţii rezultatele unui experiment denumit ACME (Advanced Cold Molecule Electron-EDM) ce reprezintă o colaborare între fizicienii de la Yale University şi de la Harvard University. Aceştia au efectuat o măsurătoare extrem de precisă a momentului electric dipolar al electronului, proprietate ce caracterizează „forma” electronului şi au constatat că electronul este sferic cu o precizie de 10^-29 cm!
Care este importanţă acestei descoperiri?
Forma electronului diferă în funcţie de teoria la care ne referim. Astfel, Modelul Standard prevede că electronul este perfect sferic şi că momentul electric dipolar al acestuia este zero. Pe de altă parte, modelele supersimetrice prezic că electronul ar trebui să fie ușor alungit, nu o sferă perfectă, astfel încât prin măsurarea momentului electric dipolar al electronului putem testa valabilitatea acestor teorii.
Teoriile supersimetrice presupun existenţa unei particule partener, cu o masă mai mare, pentru fiecare particulă din cadrul Modelului Standard. În acest fel, existenţa acestor particule ar fi confirmată prin efectul lor asupra momentului dipolar al electronului. Cu toate acestea, se pare că electronul nu are moment electric dipolar sau acesta este extrem de mic.
Experimentul ACME are o importanţă deosebită deoarece prin măsurătorile foarte precise ale unei proprietăţi fundamentale a electronului se testează validitatea unei teorii care încearcă să explice întregul Univers.
Se poate deduce ca electronul este o structura dinamica bipolara, adica un rotor electric bipolar, constituit din doua semiunde diametral opuse, care se misca cu viteza c/137 m/s pe cercul de raza electronului Re. In aceasta structura se gaseste ca forta electromagnetica propulsoare, in rotatie a electronului, este egala cu forta de inertie. La fel se gaseste ca forta electrica de repulsie dintre semisarcinile (semiundele) de acelasi semn, este egala cu forta magnetica de atractie, dintre cei doi curenti eterici radiari, diametral opusi, cu sensuri contrare. Tot asa puterea electrica U.I este egala cu puterea mecanica F.v.
It can be deduced that the electron is a bipolar dynamic structure, ie a bipolar electric rotor, consisting of two diametrically opposed half-waves, moving at a speed c / 137 m / s on the circle of radius of the electron Re. In this structure it is found that the propulsive electromagnetic force, in rotation of the electron, is equal to the inertial force. It is also found that the electric repulsive force between the half-loads (half-waves) of the same sign is equal to the magnetic force of attraction, between the two radially etheric radiant currents, with opposite directions. Likewise the electric power U.I is equal to the mechanical power F.v.
Trebuie adaugat ca o dovada experimentala a structurii bipolare a electronului ar fi data de figura care apare pe ecranul tubului de experienta, ar reflecta cu fidelitate structura bipolara a electronului, a undei stationare de mare amplitudine care este structura dinamica a electronului. Structura care este insasi electronul. Si se poate verifica imediat ca lungimea de unda a fotonului gama electronic contractata (micsorat) de 137 de ori si impartita la 2.pi da exact raza clasica a electronului. Pe acest model de unda stationara de mare amplitudine a electronului, unda care se roteste ca un rotor bipolar cu viteza c/137 (m/s) se pot determina, cu legile cunoscute ale electromagnetismului, toti parametri fizici ai structurii dinamice a electronului. Prin rotatia foarte rapida, de 10^20 rot/s, in jurul electronului apare campul electric pulsatoriu, care face sarcina electrica a electronului=sarcina electrica elementara Qe. Sarcina electronului este data de relatia: Qe=(1/k).(4.pi^2.Na^2.Re^2.De.Ffae^2), in care avem:
Qe=sarcina electrica elementara=1,602.10^-19 (C)
Na=indicele de refractie atomic=137 si egal cu inversul constantei de structura fina alfa.
Re=raza clasica a electronului=2,81743.10^-15 (m)
De=distanta elementara=1,602.10^-26 (m)
Ffae= frecventa fotonului gama de la anihilarea electronului cu pozitronul=1,23726.10^20 (Hz)
Prin schimbarea intre ei a exponentilor de la Re si De se obtine masa de repaus (inerta) a electronului
Me=9,109.10^-31 (Kg)
It must be added that an experimental proof of the bipolar structure of the electron would be given by the figure that appears on the screen of the test tube, it would faithfully reflect the bipolar structure of the electron, of the high-amplitude standing wave that is the dynamic structure of the electron. The structure that is the electron itself. And it can be immediately verified that the wavelength of the electronic gamma photon contracted (reduced) 137 times and divided by 2.pi gives exactly the classical radius of the electron. On this high-amplitude stationary wave model of the electron, the wave that rotates like a bipolar rotor with a speed of c/137 (m/s), all physical parameters of the dynamic structure of the electron can be determined with the known laws of electromagnetism. Through the very fast rotation, of 10^20 rot/s, the pulsating electric field appears around the electron, which makes the electric charge of the electron = elementary electric charge Qe. The charge of the electron is given by the relation: Qe=(1/k).(4.pi^2.Na^2.Re^2.De.Ffae^2), in which we have:
Qe=elementary electric charge=1,602.10^-19 (C)
Na=atomic refractive index=137 and equal to the inverse of the alpha fine structure constant.
Re=classical electron radius=2.81743.10^-15 (m)
De=elementary distance=1,602.10^-26 (m)
Ffae= gamma photon frequency from the annihilation of the electron with the positron=1.23726.10^20 (Hz)
By changing between them the exponents from Re and De, the rest (inert) mass of the electron is obtained
Me=9,109.10^-31 (Kg)
PS
Este vorba de experimentul Shtern-Gerlak sau Ulenbek-Smitsh, in care pe acran apare o figura formata din doua semisinusoide opuse.
P.S
It is the Stern-Gerlach or Ulenbek-Smitsh experiment, in which a figure formed by two opposite half-sinusoids appears on the screen.