Wenn Elektronen Wellen sind, wie stoßen sie sich gegenseitig ab? [geschlossen]

Elektronen sind keine Wellen oder Teilchen. Stattdessen sind sie Anregungen in einem Quantenfeld, das Elektronenfeld genannt wird. Die Wechselwirkungen zwischen Elektronen werden durch die Bewegungsgleichungen des Elektronenfeldes beschrieben.

De Broglie hatte jedoch insofern recht, als wir ein isoliertes Elektron betrachteten, das ungefähr als ein Zustand des Elektronenfelds beschrieben werden kann, der als Fock-Zustand bezeichnet wird, und dies ist im Grunde eine ebene Welle. Für ein isoliertes freies Elektron ist es also eine sehr gute Beschreibung, es als Welle zu betrachten. Mehr dazu in meiner Antwort auf Was ist ein subatomares Teilchen? wenn Sie daran interessiert sind, es zu verfolgen.

Wenn wir jedoch zwei Elektronen haben, besteht der Feldzustand nicht nur aus zwei überlagerten Fock-Zuständen. Wenn dies der Fall wäre, würden die Elektronen nicht interagieren, sodass es keine Abstoßung zwischen ihnen geben würde. Tatsächlich können wir die Gleichungen für den Feldzustand nicht direkt lösen, also verwenden wir eine Technik namens Störungstheorie, um zu approximieren, was passiert. Betrachten wir zwei Elektronen, die aufeinander zusteuern, interagieren und sich dann voneinander entfernen. Die Berechnung erfolgt durch Aufsummieren einer Reihe von Berechnungen, die durch Feynmann-Diagramme dargestellt werden. Wahrscheinlich haben Sie Feynman-Diagramme wie diese gesehen:

Dies zeigt die beiden Elektronen, die durch den Austausch eines virtuellen Photons interagieren, aber seien Sie vorsichtig, wenn Sie dies wörtlich interpretieren, da es nur eine Darstellung eines Integrals ist, das als Propagator bezeichnet wird. Tatsächlich existiert kein virtuelles Photon. Was wir mit diesen Diagrammen tun, ist zu berechnen, wie die beiden Fock-Zustände interagieren, und im klassischen Grenzfall ergibt dies die Kraft zwischen den beiden Elektronen.

Elektronen sind Punktteilchen im Standardmodell der Teilchenphysik, wie in der Tabelle zu sehen ist. Sie sind quantenmechanische Einheiten: Wenn sie entdeckt werden, hinterlassen sie einen Partikel-Fußabdruck innerhalb der Heisenbergschen Unschärferelation.

Hier befindet sich ein Elektron in der Wasserstoffblasenkammer, es hinterlässt fortlaufend einen makroskopischen Fußabdruck eines geladenen Teilchens, das sich in einem Magnetfeld bewegt. Die Punkte sind kleine Streuungen der Wasserstoffatome, aus denen die Blasenkammer besteht.

Wo ist die Wellennatur? Am ursprünglichen Wechselwirkungsscheitelpunkt, als das K- auf das Wasserstoffatom traf und genug Energie übertrug, um dem Elektron Kev-Energie zu geben. Die Wahrscheinlichkeit dafür ist das Quadrat der quantenmechanischen Wellenfunktion für die Wechselwirkung: K- + Wasserstoffatom ----> e- K- H+ .

Das Einzelelektronen-Doppelspaltexperiment zeigt sowohl den individuellen Fußabdruck als auch die Wellennatur der Wechselwirkung: "Elektronenstreuung an Doppelspalten". Die einzelnen Elektronen sehen zufällig auf dem Bildschirm aus. Die Akkumulation, die eine Wahrscheinlichkeitsverteilung ist, ergibt das Interferenzmuster einer Wellennatur.