Siento esta pregunta pero, no la entiendo. Según la teoría del campo electromagnético, los electrones se repelen intercambiando fotones. ¿Cómo atraen los protones a los electrones, por intercambio de fotones?
ATRACCIÓN ELECTRÓNICA-PROTÓN: un análisis simple y semiclásico para evitar la QFT a escala completa.
El intercambio del fotón entre el protón y el electrón conduce a la atracción, sólo porque la energía total del electrón es negativa.
Consideremos el átomo de hidrógeno para simplificar, e imaginemos la forma de embudo de la energía del electrón. La energía total del electrón en el átomo de hidrógeno a la distancia $r_0$ del protón es
$E(r_0)=-\frac{e^2}{8\pi\epsilon_0 r_0}$ .
Si la distancia $r_0$ es suficientemente corto, entonces el electrón emitirá un fotón que será absorbido por el protón, y la cantidad de energía del fotón intercambiado será dictada por el principio de incertidumbre:
$\Delta E\Delta t=\hbar.$
Pero $\Delta t=\frac{r_0}{c}$ para que
$\Delta E r_0=\hbar c\rightarrow \Delta E= \frac{\hbar c}{r_0}$
Así que la nueva energía del electrón será
$E_1=-\frac{e^2}{8\pi\epsilon_0 r_0}-\frac{\hbar c}{r_0}=-\frac{e^2+8\pi\epsilon_0\hbar c}{8\pi\epsilon_0r_0}$
o la cantidad equivalente de energía correspondiente a alguna nueva posición $r_1$
$-\frac{e^2}{8\pi\epsilon_0 r_1}=-\frac{e^2+8\pi\epsilon_0\hbar c}{8\pi\epsilon_0 r_0}$
de la que obtenemos $r_1$ en términos de $r_0$
$r_1=r_0\frac{e^2}{e^2+8\pi\epsilon_0\hbar c}<r_0$
Por lo tanto, el electrón se acerca al protón en lugar de alejarse de él (una fuerza de atracción).
En los estados no ligados, la energía total del electrón es positiva. ¿Indica su análisis que la interacción EM sería repulsiva en ese caso?
Según tu imagen, parece que la energía perdida por el electrón se transfiere al protón, por lo que éste tiene ahora más energía con la que salir del pozo de potencial. Debo estar perdiendo algo.
@Dan El sencillo análisis que he presentado no redescubre la rueda. Simplemente muestra la consistencia de las dos imágenes. Puedes hacer el análisis para el caso protón-positrón ("fuerza" repulsiva) de forma similar, pero no idéntica.
Los fotones no son como las bolas de billar. Un fotón no es una partícula en el sentido de un trozo duro y masivo de materia, es un "trozo" de los campos eléctrico y magnético. Cuando decimos que los protones y los electrones son atractivos porque intercambian fotones, queremos decir que los protones crean campos EM, y los electrones crean campos EM que anulan los creados por el protón.
Los campos en sí mismos son exactamente los mismos que los campos EM clásicos, la única excepción es que sólo pueden hacerse y anularse en trozos. La razón por la que el intercambio de fotones puede ser atractivo es precisamente la misma razón por la que los campos eléctricos clásicos pueden ser atractivos.
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Intenta esto primero: ¿Cómo pueden los [fotones] ser responsables de las fuerzas de atracción? math.ucr.edu/home/baez/physics/Quantum/virtual_particles.html . Además, mira physics.stackexchange.com/questions/2250/
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La idea de que el fotón es una partícula que sale y entra cargada no es buena. Requeriría un número masivo de fotones en cada partícula cargada. Además, dado que las partículas cargadas tienen masa, esto también significa que el uso de la masa para mover las partículas cargadas también conduce a la descarga de fotones. En otras palabras, la interacción gravitacional debe suministrar a las partículas cargadas nuevos fotones.
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Tal vez esta respuesta mía pueda ayudar physics.stackexchange.com/questions/189605/
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@annav Tengo mi propio modelo. Creo que es mejor que el diagrama de Feymann. Sólo que no sé cómo afinar algunas cosas porque muchos experimentos de astrofísica parecen muy fraudulentos.
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@InstructedA busca "partículas virtuales". Los nombres, "fotón" en este caso, son sólo marcadores de posición con los números cuánticos pero no la masa.
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@annav Por favor, dame un enlace de referencia decente a tus "partículas virtuales". Lo he buscado y he encontrado su página wiki muy "anticientífica", llena de pobres conceptos mal definidos y ofuscaciones terminológicas.
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@InstructedA profmattstrassler.com/articles-and-posts/ , mat.univie.ac.at/~neum/physfaq/topics/feynman.html . Tengo una respuesta aquí profmattstrassler.com/articles-and-posts/
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@annav ya te anticipé que sacarías este tipo de perturbación del campo/superficie/manifold, pero aun así tienes que remediar los resultados experimentales del fotoeléctrico de que el aumento de la intensidad de una fuente de luz no provoca la fuga del electrón, el cambio de color de la fuente de luz sí. Recuerda que si una partícula virtual es sólo una perturbación, pueden acumularse y por lo tanto cambiar su color, lo cual es inconsistente con el fenómeno básico del fotoeléctrico.
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@InstructedA los fotones virtuales al tener una masa variable no pueden sumarse como supones. El cambio de color en los fotones reales cambia la frecuencia y por tanto la probabilidad de interactuar con un nivel de energía de un átomo real.
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@annav Si ese es el caso, entonces el cambio gradual de la frecuencia llevará a un número gradual de electrones que se escapan. Pero el experimento parece indicar que el cambio no es gradual. El cambio es brusco (característica discreta/particular). Lo siguiente es más bien una especulación y un añadido menos riguroso (aunque hay otros modelos para remediarlo): El universo es homeomorfo a una esfera multidimensional. Los fotones salen de una partícula cargada y dan la vuelta por el otro lado. Si la esfera es menos redonda, las trayectorias son diferentes y los fotones vuelven de forma distinta.
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@InstructedA la física actual se basa en la naturaleza cuántica subyacente, los postulados de la mecánica cuántica y las ecuaciones pertinentes son un sistema validado que modela el microcosmos de las partículas. No es necesario hacer suposiciones con la mano cuando existe un modelo matemático exitoso. La propia red en la que nos comunicamos utiliza este modelo matemático en su hardware.
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@annav Estoy de acuerdo. No hay necesidad de hacer suposiciones cuando tenemos un modelo exitoso para el trabajo concerniente.