¿Cómo exactamente se sabe que los protones tienen la misma carga como electrones?

Question

Recientemente, me afirmó que los protones y los electrones tienen la misma carga, y que esto ha sido verificado experimentalmente hasta el $1$ parte $10^{26}$. Esta creencia fue ingenuamente basado en CODATA de 2014 recomendación para el valor de un elemental de carga de la $e$^[1]:

$$e=1.6021766208(98) \cdot 10^{-19}\ \mathrm{C}$$

donde los corchetes significan estándar de la incertidumbre (suponiendo una distribución normal, $\approx 0.68$ de probabilidad, factor de cobertura $k=1$). Después de ahondar más en la literatura, llegué a la conclusión de que CODATA, en realidad, no en un sentido directo a comparar los costos de los protones y los electrones, sino que se basa en un enfoque indirecto.^[2]

$$e= \sqrt{\frac{2h\alpha}{\mu_0c}}$$

^{Aquí $\alpha$ es la estructura fina constante.}

Pregunta: ¿cómo exactamente es protón–electrón de carga de la igualdad establecida? El ideal de la respuesta incluye: (si es posible)

• los valores experimentales de la carga de los electrones y protones;
• la incertidumbre, incluyendo los supuestos;
• si se considera pertinente, fue el encargado de la neutrones supone que es cero, o fue estimado?
• referencia a la literatura primaria

Piccard y Kessler (1925) comprobó que los cargos del partido hasta $5$ partes en $10^{21}$; Hillas y Cranshaw (1959) observó que la primera pareja se había hecho unwarrated supuestos para la carga de un neutrón. El último par mostraron que un protón de carga no es más que $5\cdot10^{-20}$ veces diferente de la de un electrón.^[3] el Rey (1960) logra el resultado $2.5 \pm 1.5 \cdot 10^{-20}$ de los átomos de hidrógeno.^[4]

Esto ha sido mejorado?

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[1] Mohr, P. J.; Newell, D. B.; Taylor, B. N. 'CODATA Recomienda Valores de las Constantes Físicas Fundamentales: 2014'. Comentarios de la Física Moderna, 2016, 88 (3). DOI: 10.1103/RevModPhys.88.035009, libremente disponible en arXiv aquí, también archivados enlace.

[2] Mohr, P. J.; Taylor, B. N.; Newell, D. B. 'CODATA Recomienda Valores de las Constantes Físicas Fundamentales: 2006'. Apo. Mod. Phys., 2008, 80 (2), 633-730. DOI: 10.1103/RevModPhys.80.633. DOI: 10.1103//RevModPhys.80.633, libremente disponible en arXiv aquí, también archivados enlace.

[3] M. Hillas, A.; E. Cranshaw, T. A. "Comparación de las Cargas de los Electrones, Protones y Neutrones'. La naturaleza, 1959, 184, 892-893. DOI: 10.1038/184892a0.

[4] el Rey, J. G., " la Búsqueda de una Pequeña Carga transportada por las Moléculas. Phys. Apo. Lett., 1960, 5 (12), 562-565. DOI: 10.1103/PhysRevLett.5.562.

Answer 1

Desde la pregunta de ayer, yo era consciente de o que se encuentran más de tres papeles actuales.

1. Marinelli, M.; Morpurgo, G. 'Búsquedas de una Fracción de las Partículas Cargadas en la Materia con la Técnica de Levitación Magnética'. La Física De Los Informes, 1982, 85 (4), 161-258. DOI: 10.1016/0370-1573(82)90053-9.

Ya que esta es bastante larga, he tenido problemas para encontrar un valor concreto, pero sí que me llevan a la referencia 2. En la referencia 2, Marinelli–Morpungo el resultado es citado como

$$\frac{q_\mathrm{p}+q_\mathrm{e}}{e}=(0.8\pm0.8)\cdot 10^{-21}.$$

Gracias, Ben Crowell, para señalarme a este estudio en su comentario.

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2. Unnikrishnan, C. S.; Gillies, G. T. "La Neutralidad Eléctrica de los Átomos y de grandes cantidades de Materia'. Metrologia, 2004, 41 (5), S125. DOI: 10.1088/0026-1394/41/5/S03.

Este par le da una gran tabla resumen de los resultados de protón–electrón la carga de la asimetría.

$\hspace{1cm}$

El límite se mantiene en $10^{-21}e$ como antes. Sin embargo, ellos proponen un nuevo experimento que podría empujar el límite de la $10^{-26}$ en el futuro.

Hemos estado considerando la posibilidad de usar una torsión de equilibrio para un sensibles de búsqueda para las fracciones de los cargos y libre de quarks. La posibilidad experimentalmente atractivo desde un cuidadosamente construido de torsión de equilibrio se puede lograr una carga de sensibilidad de alrededor de $10^{-2}e$ moderado campo eléctrico. Un experimento es adecuado para investigar la hipótesis de la carga de la asimetría entre el electrón y el protón con muy alta sensibilidad. [---]

Por lo tanto, el experimento será capaz de sondear una carga de la asimetría de $10^{-24}e$. Una vez establecido esto, la masa del elemento puede ser cambiado a uno más pesado, con más pesadas cables o de bolas, cada uno de la orden de $1\ \mathrm{g}$, con una masa total de alrededor de $100\ \mathrm{g}$. Entonces, el número total de átomos es acerca de $10^{24}$ $3\cdot 10^{25 }$ protón–electrón pares. Con fracciones de carga de sensibilidad, una torsión de equilibrio experimento puede llegar a una carga de la asimetría de la sensibilidad de un impresionante $10^{-26}e$.

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3. Bressi, G.; Carugno, G.; Della Valle, F.; Galeazzi, G.; Ruoso, G.; Sartori, G. Ensayos de la Neutralidad de la Materia por Medios Acústicos en un Esférica Resonador'. Phys. Apo. Un, 2011, 83 (5), 052101. DOI: 10.1103/PhysRevA.83.052101.

El resultado por Dylla y Rey (1973), es criticado: Bressi et al. dicen las antiguas par el resultado es realmente no es mejor que el $10^{-19}e$. Bressi et alpropio resultado es (suponiendo que la conservación de la carga en $\beta^-\!$-decay)

$$\frac{q_\mathrm{p}+q_\mathrm{e}}{e}=(-0.1\pm1.1)\cdot 10^{-21}.$$

Este es también su límite en el máximo cargo de los neutrones.