电子的大小(一)JBO竞博:经典理论

  新闻资讯     |      2023-04-12 07:18

  JBO竞博1897 年,汤姆逊爵士提出阴极射线是由带负电的高速粒子组成,JBO竞博他把这种粒子叫做 corpuscles(“微粒”), 不过当代科学家大多接受了爱尔兰物理学家乔治·斯通尼建议的名称:electron,中文译作电子。电子的产生带有划时代的意义,它标志着量子时代的到来。

  汤姆逊早年的工作是研究动体的电动力学。他认为,由于电磁阻尼效应,运动的带电体的质量会增加,他因此引入电磁质量的概念,在量子场论中这个概念发展为自能修正。在这个基础上,人们进一步推测物质的质量全部来自于其电磁能。JBO竞博电子发现以后,人们将这一学说应用于电子。

  当然,这个论证有个漏洞。既然电子有自旋,其自旋必然也会占一部分能量,尤其是考虑到若电子相对论效应比较明显时。电子总能量至少应为自旋与电能之和。假定电子的静止质量为m_0,半径为r_e,自转角动量为\omega_e。那么,我们要求,

  其中m_0是电子静止质量,\beta = \omega_er_e/c,式中已经使用了相对论性的转动动能。引入无量纲量\xi = m_0/m_e,则易得,

  当然,现今我们知道,电子是微观粒子,描述其结构需要考虑其量子性。而从电子的经典图像也暗示着,描述电子的结构可能需要相对论。在更基本的理论中,电子需要量子场论的描述。在量子场论中,人们常常说电子是点粒子 —— 不过这一论断并无物理实质,仅仅是“电子是标准模型中的基本粒子”的另一种表述。在量子场论中,考虑电子结构,汤姆逊的思想仍然适用,即需要考虑电磁相互作用带来的电子的自能修正。不过此时,电子的半径是无穷大而不是零!这其实可以理解,因为电子的库仑力是长程的。关于在场论中电子的结构,JBO竞博我们后面再讨论。