¿Existe realmente la carga puntual?

Question

¿Existen realmente las cargas puntuales de forma experimental?

¿Estoy en lo cierto con la definición de carga puntual? Según mi punto de carga es una carga que tiene 0 (cero) masa y tiene 0 (cero) volumen.

Answer 1

En tu definición, has puesto la masa $=0$ estado. No se puede tener una partícula cargada sin masa. Permitir su existencia predeciría una desintegración de los electrones y no tenemos pruebas de que eso ocurra. Por supuesto, la suposición aquí es que QED es correcta y no tenemos pruebas de que no lo sea.

Sin embargo, si se elimina la restricción de la masa, nuestro humilde electrón debería cumplir los requisitos a todos los efectos prácticos. Por lo que sabemos, el electrón no tiene extensión espacial. Una extensión espacial no concuerda bien con los modelos QED.

P.D.:- Debo aclarar que a lo largo de este post me refiero únicamente a cargas eléctricas. En la naturaleza también existen otros tipos de cargas (por ejemplo, la carga cromática).

Answer 2

Hasta ahora, no hemos encontrado ninguna partícula cargada sin masa, ni hemos predicho ninguna en el Modelo estándar .

Sin embargo, su definición de carga puntual es errónea. Las partículas puntuales no tienen volumen: su extensión espacial es similar a la idea matemática de un punto independientemente de su masa. Las cargas puntuales tienen carga (y quizás masa) sin extensión física.

Los electrones parecen ser partículas puntuales en la medida en que podemos medirlas, tanto en redondez y talla . Como tienen carga, ellos (y su compañero de antimateria el positrón) satisfacen la definición de la mayoría de la gente de cargas puntuales.

La idea con las partículas puntuales es que cuando la escala de un objeto es significativamente menor que la distancia de separación o el aparato, la partícula puntual modela el sistema lo suficientemente bien como para hacer buenas predicciones.

Answer 3

En mi opinión, las partículas puntuales no existen, pero quizá haya una alternativa:

Empecemos con una dimensión temporal y otra espacial. La dimensión espacial única es, de hecho, una estructura bidimensional, que obtendremos enrollando el espacio bidimensional muy apretado, de modo que el radio del cilindro sea del orden de la longitud de Planck (lo que se aproxima bastante a un espacio unidimensional). Sobre este cilindro podemos colocar pequeños círculos, que representan las partículas en este espaciotiempo bidimensional. Obsérvese que los cilindros pueden apilarse unos sobre otros con una diferencia de separación nula, aunque la situación sobre la distancia entre dos círculos superpuestos es un poco más complicada, e implica la distancia de Planck.

Todo esto es fácil de imaginar. Pero si enrollamos un espacio plano tridimensional en la cuarta dimensión espacial dando como resultado un espacio bidimensional (cilíndrico) que parece un espacio plano bidimensional, mientras que en realidad es un espacio tridimensional, pero como la longitud de Planck es tan pequeña esto no se notará, como enrollar un espacio plano bidimensional en la tercera dimensión dando como resultado un espacio unidimensional (aparente) (que es, de hecho, un cilindro bidimensional que se parece mucho a un espacio unidimensional debido a su pequeño radio de aproximadamente la longitud de Planck), ya no podemos visualizar lo que ocurre debido a la implicación de la cuarta dimensión espacial.

En este espacio bidimensional (aparente), las partículas son conchas esféricas bidimensionales envueltas alrededor del cilindro bidimensional [como las conchas esféricas unidimensionales, alias círculos, envueltas alrededor del cilindro (casi) unidimensional]. También aquí las partículas pueden tocarse "completamente" como los círculos en el cilindro muy pequeño.

Ahora enrollamos el espacio plano de cinco dimensiones en la cuarta dimensión espacial. Lo que resulta es un (aparente, pero porque la longitud de Planck es...) espacio tridimensional, pero es, de hecho, un cilindro cuatridimensional en el que se colocan cáscaras esféricas tridimensionales para cumplir la parte de partículas. De nuevo, todas estas partículas pueden tocarse completamente entre sí [Picasso intentó captar la cuarta dimensión pintando a sus modelos, en su mayoría mujeres, o imaginación, pintándolas desde todos los lados (bueno, en su mayoría sólo la vista lateral y frontal de la cara juntas en una cara)].

Nótese que estas estructuras no tienen nada que ver con las cuerdas y las branas de las que aparecen en la teoría de cuerdas. Estas estructuras son rígidas y pueden girar sin disminuir su longitud en la dirección del movimiento. La velocidad angular es perpendicular a la dirección del movimiento, lo que de nuevo es más fácil de visualizar en el caso de pequeños círculos que se mueven sobre un cilindro muy estrecho. Los objetos pueden girar más rápido que la velocidad de la luz sin que nos demos cuenta. Quizá lo que notemos es que las partículas tienen espín.

Una cosa más. En el modelo rishon creado por Haim Harari, todos los quarks y leptones (y también las partículas Z y W) están formados por otras tres partículas básicas: el V- y el T-rishon. No tienen masa, pero una combinación de tres de ellas, que tienen una hipercarga incolora y pueden tener una carga incolora como tienen los quarks, y una combinación incolora como tienen los leptones (electrones, muones, partículas tau), tienen masa debido a la gran fuerza de la hipercarga incolora. Así que una partícula cargada eléctricamente (o una partícula cargada de color) sin masa no existirá. Toda partícula con masa tiene una carga eléctrica o una carga de color (pero no hipercarga; vienen en combinaciones incoloras) y una masa sin ellas no existe (a la luz de este modelo).

Answer 4

La pregunta está mal definida y es poco científica. Existir de verdad" es algo metafísico. Ciertamente, se pueden describir con éxito fenómenos experimentales en electromagnetismo e interacciones electrodébiles con teorías de partículas puntuales cargadas. Esa es una teoría inventada por los humanos. Su existencia real, signifique lo que signifique, es una suposición adicional opcional pero injustificada, que es irrelevante para lo que se puede describir y lo que se ha medido.

Answer 5

Desde luego que no. Las cargas puntuales requieren meter mucha carga en un volumen muy pequeño, la energía potencial electrostática para hacerlo se aproximaría al infinito.

Los electrones, aunque diminutos, no se consideran cargas puntuales. Incluso tienen volumen, aunque bastante pequeño. Véase https://en.wikipedia.org/wiki/Classical_electron_radius para el valor del radio de un electrón.