Warum reißt sich ein Elektron nicht selbst auseinander?

Soweit wir wissen, sind Elektronen Elementarteilchen und haben keine innere Struktur oder Bestandteile. Außerdem kann ein Elektron nicht in andere Teilchen zerfallen (es sei denn, es hat eine sehr hohe kinetische Energie), da es kein leichter geladenes Lepton gibt, in das es zerfallen könnte. Es kann jedoch mit einem Positron vernichten, um Gammastrahlen zu erzeugen.

Ein Elektron ist ein Elementarteilchen im Standardmodell der Teilchenphysik. . Die Tabelle geht axiomatisch davon aus, dass Elementarteilchen in der QFT des Modells Punktteilchen sind, also keine Bestandteile haben.

Abhängig von den Erhaltungsregeln der Quantenzahl und wenn es konsistente Teilchen mit geringerer Masse gibt, in die sie zerfallen können, können Elementarteilchen zerfallen, obwohl sie keine Bestandteile haben.

Das Elektron hat die Elektronenquantenzahl , und das einzige Teilchen mit geringerer Masse ist das Elektron-Neutrino, und das Photon mit Nullmasse ist verfügbar (mindestens zwei für die Impulserhaltung im Massenzentrum), aber beide sind neutral, also wäre die Ladung nicht konserviert. Somit ist das Elektron punktförmig und stabil, soweit es unsere Daten und die Theorie betrifft, die zu diesen Daten passt.

Ein Proton ist aufgrund der starken Kraft zwischen Quarks stabil, die es im Elektron nicht gibt

Sie schlagen also vor, dass ein Proton sich selbst zerreißen muss oder die Fähigkeit dazu hat, da es aus Quarks besteht. Aber müssen sich die Quarks auch selbst zerreißen? Dasselbe gilt für das Elektron. Wir betrachten Quarks und Elektron als elementar - experimentell und theoretisch. Es gibt nichts in ihnen, was sie dazu bringen könnte, sich selbst zu zerreißen.

Daneben gibt es noch andere tiefere Gründe, die andere Autoren angemerkt haben.

„Warum“ ist eher eine philosophische als eine physikalische Frage.

Aus unseren Beobachtungen und Experimenten in der Teilchenwelt sieht es so aus, als würden zwei Arten von Teilchen nicht zerfallen:

1. Masselose Teilchen (Photon, Gluon) - sie fühlen einfach keine "Zeit".

2. Teilchen, die nicht zerfallen können, ohne gegen ein bekanntes Erhaltungsgesetz (wie elektrische Ladung oder Masse) zu verstoßen.

Alle anderen zerfallen bekanntlich in leichtere Teilchen, bis man in einen der beiden obigen Fälle gerät.

Das Proton kann nicht in irgendetwas zerfallen, während elektrische Ladung, Baryonenzahl und Masse erhalten bleiben. Alle anderen bekannten Teilchen sind entweder schwerer, haben eine falsche Baryonenzahl oder sind elektrisch geladen.

Elektronen sind auf die gleiche Weise begrenzt - elektrische Ladung, Masse und Leptonenzahl sind alle (soweit wir wissen) konservierte Eigenschaften.

Andererseits sind wir nicht absolut sicher, dass Elektronen und Protonen nicht zerfallen. Es wird viel Mühe darauf verwendet, sowohl für das Proton als auch für das Elektron nach Zerfallsmodi zu suchen, und ihre Halbwertszeit ist (bis jetzt) ​​auf nicht weniger als eine verblüffende Anzahl von Jahren wie 10 ^ 35 begrenzt.

Die Beobachtung eines Protonenzerfalls wird einige der Erhaltungssätze, wie wir sie kennen, ungültig machen.

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Ein Proton als gebundener Zustand von Quarks ändert das Bild nicht. Wir wissen nicht, ob die Quarks stabil sind, wenn sie nicht gebunden sind, sie könnten es genauso gut nicht sein, oder zumindest könnte das Down-Quark in ein Up-Quark zerfallen. Wir können sie nicht lange genug trennen, um sie zu sehen.

Aber dass der gebundene Zustand stabil ist, während freie Teilchen instabil sind, ist in den Atomkernen ziemlich bekannt. Neutronen sind anfällig für Beta-Zerfall, wenn sie frei sind, und ziemlich stabil, wenn sie in einem stabilen Kern gebunden sind. Der gebundene Zustand hat eine geringere Masse als seine Bestandteile, um den Zerfall unmöglich zu machen.

Soweit die Physiker wissen, ist das Elektron ein Punktteilchen. Wenn Sie die elektrostatische Selbstenergieformel für eine Ladungsverteilung auf ein Punktteilchen anwenden, finden Sie Unendlichkeit. Die einzige Schlussfolgerung, die wir daraus ziehen können, ist, dass wir ein Elektron nicht als statische Ladungsverteilung betrachten können.

Tatsächlich ist ein Elektron nicht punktförmig. Seine „Größe“ ist zustandsabhängig. Wie auch immer, wenn Sie ein noch freies Elektron einstecken, erhalten Sie einen angeregten Endzustand - ein sich bewegendes Elektron plus weiche Strahlung. Sieht so aus, als wäre es nicht "frei", sondern dauerhaft mit den EMF-Oszillatoren gekoppelt, um es gelinde auszudrücken. Diese Kopplung verschmiert das elastische (zerstörungsfreie) Bild (Foto) eines "freien" Elektrons. Punktförmiges Bild ist inklusives - es beinhaltet alle möglichen Anregungen während der Beobachtung.

Nach einigen Theorien (wie Cosmas Zachos zu Recht kommentierte) kann das Elektron auseinandergerissen werden. Wenn Sie das Elektron betrachten, das aus drei weiteren Elementarteilchen besteht (jedes mit einer Einheitsladung von -1/3, also sind sie eigentlich Antiteilchen), dann ist auch leicht zu erkennen, wie sie bei hochenergetischen Wechselwirkungen ihre Identität ändern können. Beispielsweise kann ein Elektron seine Bestandteile mit einem Quark oder Neutrino austauschen, um sich in ein Quark zu verwandeln (während ein Quark sich in ein Elektron verwandeln kann).
Damit verschiebt sich die Frage allerdings zu den elementareren Teilchen. Warum sollte ein geladenes Punktteilchen stabil sein? Zunächst ist festzuhalten, dass alle (elektrischen) Ladungen letztlich aus Elementarladungen bestehen. Es macht also keinen Sinn zu fragen, warum sie nicht weiter unterteilt werden können. Sie sind nur Elementarladungen, die nicht aus kleineren Ladungen bestehen. Die Frage nach der unendlichen Selbstenergie ist keine Frage. Diese Energie ist einfach nicht da.
Zweitens könnte es durchaus sein, dass die Gebühren nicht punktuell sind. In einer Quantentheorie der Raumzeit könnte es gut sein, dass die spitzen Strukturen eine seltsame, sehr kleine (vielleicht Planck-große) Verzerrung des höherdimensionalen Raums sind. Es könnte sein, dass dieses Aufrollen des Raums (innerhalb der großen, globalen Struktur der Raumzeit, wie sie von der allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben wird) alles ist, was ein Teilchen ist. Zu sagen, dass in diesem kleinen zusammengerollten Raum eine Ladung vorhanden ist, wäre unnötig, überflüssig. Wie in der Stringtheorie wird die Ladung durch die Schwingung von Saiten dargestellt, die selbst keine Ladung enthalten.

Auch wenn man die Metapher / das klassische Bild des Elektrons als Kugelkörper mit Radius verwendet$R$bei homogener Ladungsdichte divergiert der Feldwert nicht zur Mitte hin.