Elementarteilchen des Magnetfelds

Das dem Magnetfeld zugeordnete Eichboson ist das Photon.

Elektrische und magnetische Felder sind im Grunde unterschiedliche Ansichten derselben Sache, nämlich des elektromagnetischen Feldes, und das Eichboson für das elektromagnetische Feld ist natürlich das Photon.

Stellen Sie sich vor, Sie suchen eine statische Ladung, die offensichtlich nur ein statisches elektrisches Feld hat. Aber nehmen wir nun an, ich bewege mich relativ zu dieser Ladung. Das bedeutet, dass sich die Ladung relativ zu mir bewegt und eine sich bewegende Ladung ein Magnetfeld erzeugt. Sie sehen also ein elektrisches Feld, das durch die Ladung erzeugt wird, während ich ein magnetisches Feld sehe. Deshalb sage ich, dass elektrische und magnetische Felder nur unterschiedliche Ansichten derselben Sache sind.

Fußnote : Ich sehe , dass Lupus Liber eine Antwort hinzugefügt hat , die detaillierter darauf eingeht, wie die elektrischen und magnetischen Felder unterschiedliche Ansichten des EM-Felds sind, und ich empfehle, seine Antwort zu lesen, obwohl Sie es vielleicht schwierig finden. Vielleicht interessieren Sie sich auch für die Antworten auf Existieren Photonen wirklich im physikalischen Sinne oder sind sie nur ein nützliches Konzept?$i = \sqrt{-1}$? .

Es gibt ein Teilchen, das die elektromagnetische Wechselwirkung vermittelt: das Photon. In der Quantenversion des Elektromagnetismus (der ein besonderes Beispiel einer Quantenfeldtheorie ist) wird die Existenz von Mediatorbosonteilchen für Kräfte impliziert.

Folgendes kann erwähnenswert sein:

1. Wir sagen "elektromagnetisch" (und nicht "elektrisch" oder "magnetisch"), weil dies die einzig sinnvolle Lorentz-Invariante-Bezeichnung für diese Wechselwirkung ist: Magnetische und elektrische Felder sind nur Blöcke im elektromagnetischen Feldstärke-Vier-Tensor und daher " unter Lorentz-Transformationen ineinander gedreht. Das bedeutet, dass Aussagen wie „${\bf E}\neq0$und${\bf B}=0$" sind nur in einem bestimmten Bezugsrahmen wahr. Dies ist eine klassische physikalische Aussage, die sogar vor der Quantisierung gilt.

2. Mit "Photon" meinen wir einen quantisierten ebenen Wellenmodus des Feldes. Ein solcher Modus hat einen bestimmten Viererimpuls. Beachten Sie jedoch, dass dies nicht dem Fall einer klassischen Feldkonfiguration entspricht. Eine solche Konfiguration kann durch Überlagerung ebener Wellen und unterschiedlicher Modenvielfalt aufgebaut werden, was in der Quantentheorie Zuständen mit unterschiedlicher Anzahl von Photonen und unterschiedlichen Impulsen entspricht.

3. Es ist nützlich, neu zu definieren, was ein Photon ist, indem man den Erwartungswert des Feldes im Grundzustand (der als "Vakuum" bezeichnet wird) unter Berücksichtigung der Randbedingungen subtrahiert. Dieser "Vakuum-Erwartungswert" (VEV)-Teil wird automatisch den klassischen (im Elektromagnetismus-Fall: Maxwells) Bewegungsgleichungen gehorchen, und die neu definierten Photonen sind die quantisierten Fluktuationen über dem VEV.

4. Photonen detektieren: Ja, das ist in der Tat impliziert, aber praktisch schwer zu messen. Zum Beispiel ein$e^+e^-$Paar hergestellt werden kann. Das Paar kann Photonen emittieren. Da jede solche Emission aufgrund der Schwäche der elektromagnetischen Wechselwirkung ($\alpha\approx 1/137$), treten solche Quanteneffekte mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit auf, werden aber sicher von der Quantenelektrodynamik vorhergesagt. Über den experimentellen Status ist mir nichts bekannt.

Vor etwa 40 Jahren wurde intensiv nach dem magnetischen Monopol oder Magneton gesucht. Wenn es gefunden würde, würde die Theorie des elektromagnetischen Feldes wesentlich komplexer werden. Der magnetische Monopol wurde jedoch nie beobachtet und die Theorie blieb unverändert, wie in der Antwort von John Rennie beschrieben.

Dieser Artikel erklärt die Details:

https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_monopole

Dennoch gab es einige Behauptungen über die Entdeckung des magnetischen Monopols. Diese Ergebnisse wurden von anderen nicht reproduziert und daher nicht vom wissenschaftlichen Konsens akzeptiert:

https://piers.org/piersproceedings/download.php?file=cGllcnMyMDA5TW9zY293fDVQM18xODc5LnBkZnwwOTAyMTkwOTI1NTI=&usg=AFQjCNFskwO9f0QA02RMDujVLfsNg5B_XQ

Heutzutage wird der Name "Magneton" verwendet, um physikalische Konstanten des magnetischen Moments zusammen mit anderen Konzepten zu beschreiben, wodurch Mehrdeutigkeit entsteht:

https://en.wikipedia.org/wiki/Magneton

Warum haben andere Feldkräfte wie Magnetfelder keine Elementarteilchen?

Die Quelle elektrischer Felder sind elektrische Ladungen. Die subatomaren Teilchen Elektron und Proton sind also Quellen elektrischer Felder. Um ein elektrisches Feld zu beobachten, müssen negative und positive Ladung(en) getrennt werden.

Irgendwie kann man dasselbe über Magnetfelder sagen. Die subatomaren Teilchen gehorchen einem magnetischen Dipolmoment. Dies ist eine intrinsische (von bestimmten Umständen unabhängige) Eigenschaft dieser Teilchen. Um ein Magnetfeld zu beobachten, müssen die beteiligten Teilchen mit ihren magnetischen Dipolmomenten ausgerichtet werden.

Wenn man das Magnetfeld als eine spezielle Art von EM-Feld mit einem elektrischen Feld mit einer Amplitude von 0 betrachtet, sollten Sie dann erwarten, ein Photon zu erkennen, wenn Sie einen Photonendetektor in der Nähe eines Magnetfelds platzieren?

Nähert sich ein Elektron einem Kern, so können wir tatsächlich die Emission von Photonen beobachten. Ein weiteres Beispiel für die Emission von Photonen ist die Beschleunigung von Elektronen, am besten beobachtbar in einem Antennenstab, wo Elektronen hin und her beschleunigt werden. Die interessante Tatsache ist, dass, wenn man diese Strahlung von einer Antenne aus beobachtet, die Strahlung aus einem elektrischen und einem magnetischen Feld zusammengesetzt ist. Ein Elektron sendet also mit seiner elektrischen Ladung und seinem magnetischen Dipolmoment EM-Strahlung aus. Aber Sie könnten ein Photon weder in der Nähe eines elektrischen noch in der Nähe eines magnetischen Feldes nachweisen.

Zur Beschreibung der Wechselwirkung elektrischer Felder untereinander, magnetischer Felder untereinander und bewegter Ladungen in magnetischen Feldern verwendet man das Konstrukt virtueller Photonen. Wie diese Wechselwirkung genauer betrachtet abläuft, steht nicht im Fokus der heutigen Physik.