아 원자 입자는 중력의 영향을 어떻게 받습니까?
나는 많은 다른 웹 사이트에서 그것을 찾고 있었고 그들은 모두 기본적으로 같은 것을 말한다. 아 원자 입자의 질량이 너무 작아서 다른 힘 (약한 힘, 강한 힘 및 전자기력과 같은)이 입자에 훨씬 더 효과적으로 작용하여 입자 물리학 자들이 입자를 포함하는 물리적 현상을 설명하려고 할 때 중력을 완전히 무시할 수 있습니다. .
좋아요, 제 질문은 중력이 극도로 약할 수 있지만 여전히 존재합니다. 그것은 어떤 특별한 상황에서 무언가를 설명하고 따라서 고려되어야하지 않습니까? 예를 들어, 다른 모든 상호 작용 (약함, 강함 및 전자기)이 (작은) 중력 인장 작용보다 작은 값으로 완화 될 수있는 방식으로 높은 컨테이너 내부의 하나의 아 원자 입자 (진공)를 분리 할 수 있다고 가정 해 보겠습니다. 이 아 원자 입자 위에. 질문 :이 상황에서 충분한 시간이 지나면이 입자가 컨테이너의 바닥으로 끌리는 경향을 관찰 할 수 있습니까 (지구 중앙을 향한 중력 항력)?
답변
초저온 중성자는 초당 수 ~ 수십 미터의 속도를 가지며 원천에서 탄도 궤적 (중력에 의해 제어 됨) 실험으로 이동할 수 있습니다. (Institut Laue-Langevin의 PF2 실험 참조)
고 에너지 실험, 예를 들어 원자 전자에서 산란되는 양전자 빔의 측면에서 중력 효과는 측정 할 수 없을뿐만 아니라 이론적으로도 해석 할 수 없습니다.
실험가들은 양전자 빔이 어떤 각도에서 어떤 에너지로 산란 할 확률을 측정합니다. 이론가들은 무슨 일이 일어나는지 정확히 계산할 수 없습니다. 대신 Feynman 다이어그램을 사용하여 연속적인 근사를 수행합니다.
가장 간단한 다이어그램은 계산하기 쉽고 (실험 가도 할 수 있음) 프로세스를 지배합니다.
고차 다이어그램에서 각 정점 쌍에는 다음 요소가 포함됩니다.
$$ \alpha = \frac{e^2}{\hbar c} \approx \frac 1 {137}$$
2 차 다이어그램은 다음과 같습니다.
이 그림은 두 개의 다이어그램 만 보여줍니다. 다음 레벨에는 그릴 수있는 모든 연결된 다이어그램이 포함됩니다 .
중력을 입력하십시오. 중력은$10^{36}$1 차 중력 항이 17 차 (플러스 또는 마이너스) QED 항과 동일한 강도가되도록 전자기력보다 약한 배입니다. 모든 다이어그램을 그 순서까지 계산 해야합니다.$10^{\rm a lot}$.
지금까지 수행 된 가장 정확한 계산 인 전자 g- 인자에는 최소 4 차 다이어그램이 포함되어 있으며 그 중 수천 개가 있으며 계산에는 많은 연구자가 수년이 걸렸습니다.
따라서 실험에 대한 중력 기여도를 계산할 수는 있지만 이론적으로 계산할 수있는 전자기 용어보다 항상 훨씬 작지만 그렇게 할 자원이 없습니다. 실제로 뮤온 자기 모멘트와 마찬가지로 중력 항보다 훨씬 더 큰 불확실성을 가진 하드 론적 기여도 있으므로 이론적으로 충분히 계산할 수도 없습니다.
기본 입자 인 전자는 아 원자 입자입니다. LEP 가속기 빔은 충돌과 충돌을 연구하기 위해 매우 정확하게 제어해야하는 전자 빔과 양전자 빔이었습니다. 이 회의 보고서에서는 중력 변화를 유발 한 지조 영향으로 인해 빔에 필요한 보정이 설명됩니다. 전자 / 양전자 빔은 요구 사항과 유사하게 매우 좋은 진공 상태에서 이동합니다.
에너지 보정 데이터 [2]의 변동은 조력과 관련된 제네바 지역의 중력 변동과 관련이 있습니다.
따라서 답은 아 원자 입자가 중력장의 변화에 영향을 받는다는 실험적 증거가 있다는 것입니다.
중성자 간섭계에서 측정 가능한 위상차를 유도하기 위해 중력장이 측정되었습니다. 예를 들어, 원래 Colella, Overhauser 및 Werner가 Phys. Rev. Lett에 게시 한 COW 실험 을 참조하십시오 . 34 (1975).
우리가 모든 외부 전자기력과 핵력으로부터 분리 된 완전한 진공의 커다란 용기를 만들 수 있었다면, 그 위에 입자를 그 위에 놓아두면 고전적인 관점에서 입자의 움직임은 매우 간단합니다.
9.81의 가속도로 아래로 떨어질 것입니다. $ms^2$, 다른 모든 질량과 마찬가지로. 실험의 정의와 고전 역학에 대한 우리의 이해에 따라 더 느리게 떨어지지 않을 것입니다. 그것은 단순히 아래쪽으로 가속 할 것입니다.
당연히 우리는 모든 외부 힘으로부터 완전히 분리 된 완벽한 진공을 준비하는 것이 매우 어렵 기 때문에 실제 생활에서이 실험을 실제로 수행 할 수 없습니다. 적어도이 형태는 아닙니다. (그리고 개별 원자 / 입자의 측정은 고전적인 방법으로 잘 설명되지 않습니다. 역학). 그러나 일부 실험은 원자가 예상대로 떨어지는 것을 확인하기에 충분히 가까워졌습니다 [1]. 원자를 아 원자 입자로 분해 할 때 중력이 미스터리하게 꺼진다고 생각하는 것은 이상 할 것입니다.
그러나 원자가 중력의 영향을받는 것을 알기 위해이 실험을 할 필요조차 없습니다. 숨 쉬고 있다는 사실로 알 수 있습니다! 지구의 대기는 많은 수의 원자로 구성되어 있습니다. 그들이 중력에 반응하지 않는다면, 그들은 단순히 직선으로 날아가 지구에서 튀어 나와 결국 지구의 영향권을 벗어나 다시는 보이지 않을 것입니다. 완전히 탄력있는 탄력있는 공을 깊은 구덩이에 던졌다 고 상상해보십시오. 중력의 영향을받지 않으면 튀어 나와 계속 위로 올라갑니다. 중력의 영향을 받으면 위로 튀어 오르지 만 결국에는 다시 내려 와서 주어진 초기 운동 에너지와 중력장의 강도에 의해 결정된 높이에 도달합니다. 이것은 엄청나게 지나치게 단순화 된 것이지만 지구 대기와 대체로 유사합니다. 우리 대기의 분자가 후퇴하기 전에 수백 킬로미터의 높이에 도달한다는 사실은 개별 원자에 대한 중력이 다른 분자와의 충돌 력에 비해 매우 작기 때문입니다. 덜도, 그들은 다른 어떤 것과 마찬가지로 올라가고 내려옵니다.
- https://news.stanford.edu/pr/99/atomgravity990825.html (원작에 대한 참조를 찾을 수 있으면 알려주세요.)
질문 :이 상황에서 충분한 시간이 지나면이 입자가 컨테이너의 바닥으로 끌리는 경향을 관찰 할 수 있습니까 (지구 중앙을 향한 중력 항력)?
물론. 다른 물체처럼 빠르게 떨어질 것입니다. 이를 양자 계산과 구별하는 세 가지 요소가 있습니다.
외부 필드가 있습니다. 전자기력에는 극성이있어 양전하를 상쇄 할 수 있지만 모든 입자는 음이 아닌 중력 질량을가집니다. 따라서 두 개의 하전 입자 사이의 힘을 고려할 때 전자기력이 중력을 지배하는 반면, 지구로부터의 중력이 지구의 전자기력을 지배합니다. 외부 중력은 입자가 아래로 표류할지 여부에 대한 질문과 관련이 있지만 전자와 원자 핵 사이의 중력은 궤도에서 중요한 요소가 아닙니다.
당신은 외부 기준 틀의 관점에서보고 있습니다. 등가 원리에 따르면, 중력장은 중력이없는 (일반적으로 비관 성) 기준 프레임과 국부적으로 동일합니다. 일반적으로 질량 중심의 기준 프레임에서 입자 상호 작용을 고려하므로 중력은 무시할 수 있습니다. 예를 들어, 전자가 핵을 공전 할 때 중력은 전자를 아래로 당기지 만 또한 핵을 아래로 당깁니다. 모든 것이 함께 움직이기 때문에 핵과 관련하여 전자에 일어나는 일에 영향을 미치지 않습니다. 과학자들이 원자의 분 광선을 측정하는 경우, 그들이 우주 공간에있는 우주선에 있는지 아니면 자유 낙하하는 행성을 향해 돌진하는지에 대한 질문은 과학자들 자신과 관련이있을 것이지만 실험과는 관련이 없습니다.
양자 역학은 일반적으로 매우 짧은 시간 프레임에 걸쳐 발생합니다. 따라서 입자는 중력으로 인해 가속 할 시간이 많지 않습니다.
따라서 물리학 자들이 양자 역학에서 중력을 무시할 수 있다고 말할 때, 그 의미는 시스템 내의 중력이 너무 작아서 문제가되지 않는다는 것입니다 (극도로 높은 수준의 정밀도를 추구하지 않는 한), 외부 중력은 일반적으로 행동 할 시간이없고, 그렇게하더라도 시스템 내부에서 일어나는 일에 상당한 영향을 미치기보다는 단지 시스템의 질량 중심을 움직입니다.
대답은 그렇습니다. 입자는 지구쪽으로 끌려 갈 것이고 요점은 매우 느릴 것입니다. 원자 규모에 대한 거의 모든 물리적 계산의 경우 중력이 다른 세 가지 힘보다 훨씬 약하기 때문에 중력의 효과가없는 것처럼 처리됩니다 . 비교를 위해 여기를 참조하십시오 .
당신이 설명하는 것은 부분적으로 불가능합니다. 당신은 약하고 강한 힘으로부터 보호 할 수 없으며, 가능하다면 방사능 붕괴를 막고 양성자를 마음대로 폭파하는 것과 같은 이상한 일을 할 수 있습니다.
그러나 중력 이외의 모든 효과가 0에 가까운 (매우, 매우 까다로운) 설정이 있다고 가정 해 보겠습니다. 무슨 일이야? 아무도 모른다. 가장 "현명한"대답은 입자가 다른 물체와 똑같이 떨어지는 것을 볼 수 있다는 것입니다. 또는 주변이 흔들릴 수도 있지만 평균적 으로 "중력으로 인해 떨어지는"경로를 따르는 것입니다.
그러나 간단한 대답은 아무도 모른다는 것입니다. 이것은 상대성 이론과 양자 역학 간의 불일치가 명백 해지는 영역 중 하나입니다. 우리는 어떤 식 으로든 입자 그룹이 바위처럼 떨어져야한다는 것을 알고 있습니다 ... 바위는 결국 입자 그룹 일 뿐이지 만 개별 입자가하는 일은 덜 명확합니다.