Gewinnen Elektronen auch Masse durch Wechselwirkung mit dem EM-Feld oder kommt ihre gesamte Masse aus der Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld?

(Dies ist ein ziemlich längerer Kommentar, daher habe ich ihn hier als Antwort gepostet, in der Annahme, dass er helfen würde.)

Das EM-Feld trägt zur beobachteten Trägheitsmasse von Körpern bei, die aus 2 oder mehr geladenen Teilen bestehen, aufgrund der Wirkung der Eigenkraft (ein Teil übt eine Kraft auf den anderen aus, wenn der Körper beschleunigt, und diese Kräfte werden verzögert, wodurch er sich wie folgt verhält wenn es mehr Masse hätte). Diese Massenzunahme nennt man elektromagnetische Masse.

Es ist nicht bekannt, wie viel der Masse des Elektrons elektromagnetische Masse ist. In den frühen Tagen der Elektronentheorie (bevor die spezielle Relativitätstheorie akzeptiert wurde) gab es eine Hypothese, dass die gesamte Elektronenmasse elektromagnetisch sei, aber dies funktionierte nicht (das Elektron müsste viel größer sein, als es beobachtet wird, und dort sein waren andere Probleme mit den Modellen des zusammengesetzten Elektrons). Außerdem tötete die spezielle Relativitätstheorie die anfängliche Motivation für eine "elektromagnetische Erklärung" der Masse, da jede Energie, nicht nur elektromagnetische, eine Zunahme der trägen Masse implizieren würde. Wenn also die Elektronenkomponenten über andere Kräfte als EM-Kräfte interagieren (was sie wahrscheinlich müssen, um die Größe des Elektrons mit mikroskopischen Grenzen aufrechtzuerhalten), würde es aufgrund dieser Kräfte auch zu einer Zunahme / Abnahme der Masse kommen.

Der Stand des Wissens ist so, dass ein Teil der beobachteten Masse von Protonen und Neutronen elektromagnetisch ist und dasselbe im Prinzip auch für Elektronen gelten könnte. Dieser Beitrag könnte aus der Größe der Elektronenladungsverteilung im Raum geschätzt werden, aber bisher verhält sich das Elektron in den Experimenten so, als wäre es kleiner als etwa 10e-18 m, was 1000-mal kleiner ist als der klassische Elektronenradius.

Wenn das Elektron zusammengesetzt ist, würde dies bedeuten, dass die EM-Masse des Elektrons das 1000-fache der beobachteten Masse des Elektrons oder sogar mehr beträgt, sodass es einen anderen Mechanismus geben müsste, der die Masse verringert, um den beobachteten Wert zu erreichen.

Wenn das Elektron ein Punkt ist, ist die übliche pragmatische Ansicht, dass die Masse eine unabhängige Eigenschaft des Elektrons ist, die in keiner Weise mit seiner Ladung zusammenhängt.

EINE ANTWORT

Photonen oder EM-Wellen interagieren nicht mit dem EM-Feld; sie sind EM-Feld. Ein EM-Feld kann als massebehaftet angesehen werden, wenn es an einen Körper gebunden ist und zu seiner Trägheitsmasse beiträgt. Zum Beispiel bedeutet das gebundene elektromagnetische Feld einer geladenen Kugel, dass es den oben beschriebenen elektromagnetischen Masseneffekt gibt und dieser die beobachtete träge Masse beeinflusst.

Aber wenn das EM-Feld nicht an den Körper gebunden ist, wie im Fall von EM-Wellen (oder Photonen), wird es nicht als Teil des Körpers betrachtet und hat daher keinen Einfluss auf seine Masse.

Dies ist ein ziemlich verwirrender Punkt und ich bin mir nicht sicher, ob es eine gute Erklärung auf Popsci-Ebene gibt.

In der Störungstheorie ist es eine Tatsache, dass, wenn das Elektron ohne das elektromagnetische Feld masselos ist, es beim Einschalten des elektromagnetischen Felds masselos bleibt. Dies liegt daran, dass ein masseloses Elektron eine chirale Symmetrie hat und diese Symmetrie das Entstehen eines Massenterms verbietet.

Wenn Sie stattdessen ein massives Elektron haben, bei dem die Masse durch den Higgs-Mechanismus bereitgestellt wird, hat das Elektron keine chirale Symmetrie mehr und kann Masse aus dem elektromagnetischen Feld aufnehmen. Es nimmt viel Masse auf, naiverweise sogar unendlich viel.

In ähnlicher Weise muss das Photon in der Störungstheorie aufgrund der Eichinvarianz exakt masselos bleiben. Aber wenn man mit einem Teilchen angefangen hat, das oberflächlich gesehen wie ein Photon war, aber eine endliche Masse hatte, dann spricht tatsächlich nichts dagegen, viel Masse aufzunehmen, zB aus dem Elektronenfeld und dem elektromagnetischen Feld.

Warum gibt es hier eine Diskontinuität? Ich bin mir nicht sicher, ob es eine intuitive Erklärung gibt. Hier ist eine Vermutung, die völlig ungültig sein könnte. Das Bild ist, dass das Elektron bei seiner Bewegung eine gewisse Anregung des elektromagnetischen Feldes mit sich herumträgt, und diese Anregung muss positive Energie haben. Wenn wir dann zum Ruhesystem des Elektrons gehen, trägt diese Energie zur Masse des Elektrons bei$E = mc^2$.

Aber nehmen wir nun an, das Elektron sei masselos. Dann muss es sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, und es ist unmöglich, in sein Ruhesystem zu gehen. Sie können versuchen, ihn durch Beschleunigen einzuholen, aber wenn Sie mehr und mehr beschleunigen, verschiebt sich die Energie im elektromagnetischen Feld weg . Wenn Sie für immer beschleunigen, verschwindet es vollständig! Der Beitrag zur Ruhemasse ist also null.

Betrachten Sie dies auch als langen Kommentar.

Elektronen und Photonen sind Teil des Standardmodells Elementarteilchen, also nicht zusammengesetzte Punktteilchen. Sie haben eine feste unveränderliche Masse (die Länge des Vektors der speziellen Relativitätstheorie vier), wie in der Tabelle zu sehen ist. Das Standardmodell kapselt alle in Teilchenphysik-Experimenten gewonnenen Daten, und mit ihm lassen sich erwartete Wechselwirkungen berechnen und vorhersagen, wie der Entdeckungserfolg des Higgs-Teilchens gezeigt hat.

Ich dachte, dass der einzige Grund, warum Elektronen Masse haben, darin besteht, dass sie mit dem Higgs-Feld interagieren.

Innerhalb des Standardmodells, das auf der Quantenfeldtheorie basiert, verleiht der Higgs-Mechanismus Teilchen zum Zeitpunkt der schwachen Symmetriebrechung Masse. In diesem Modell werden alle Teilchen in der Tabelle mit einem Feld beschrieben, das die gesamte Raumzeit (x, y, z, t) und den Vakuumerwartungswert VEV dieser Felder ** dieser Felder mit Ausnahme des Higgs abdeckt Feld,** ist null. Das Higgs-Feld hat ein VEV von 246 GeV, was Teil des Mechanismus ist, der allen Teilchen in der Tabelle, einschließlich Higgs, Masse verlieh .

Es muss betont werden, dass der Higgs-Mechanismus keine Wechselwirkung ist. Ein Symmetriebruch geschah einmal, als die Energie des Universums aufgrund der Expansion am schwachen Symmetriebruchpunkt abfiel und die Teilchen an diesem Punkt eine feste Masse annahmen. Da es sich nicht um eine Wechselwirkung handelt, macht es keinen Sinn, den Higgs-Mechanismus und die elektromagnetische Wechselwirkung in Bezug auf die feste Teilchenmasse gleichzusetzen.

Erweiterungen und andere Modelle können diese Aussagen ändern, aber das Mainstream-Modell ist immer noch das Standardmodell.

Aus dem Standardmodell Energieausdruck des elektromagnetischen Feldes und der geschätzten$r_e \leq 10^{-18}$m für den Elektronenradius, definiert als der Radius, in dem sich alle Ladungen befinden, dann sollte der elektromagnetische Beitrag zur Masse mindestens betragen$\Delta m_e = \frac{e^2}{4\pi\epsilon_0 r_e} \geq ~\sim 1.5 ~ GeV/c^2$. Um anzukommen$m_e = 511 ~ keV/c^2$der Higgs-Beitrag sollte negativ sein und den elektromagnetischen Beitrag nahezu aufheben.