La excelente respuesta de Lucas Curtis a El electrón contiene carga negativa finita. Los mismos cargos se repelen entre sí. ¿Qué hace que el electrón sea estable y por qué no explota? dice todo lo que sabemos sobre los electrones AFAIK. La siguiente es una nota al margen sobre algunas especulaciones sobre electrones. Proporciona algunas respuestas postuladas a las partes más profundas de la pregunta, pero estas teorías hasta ahora no hacen predicciones que puedan ser probadas contra el experimento, por lo que son solo teorías hermosas.
La teoría de Kaluza-Klein generaliza las ecuaciones de campo de Einstein para la gravedad en el espacio-tiempo de cuatro dimensiones al agregar una quinta dimensión espacial, pero de lo contrario usando las mismas ecuaciones. Los términos agregados en las ecuaciones de campo resultan ser idénticos a las ecuaciones de Maxwell para el electromagnetismo.
> ¿Qué es un cargo después de todo?
- ¿Qué quiere decir con entalpía de ganancia de electrones?
- Cuando se aplica un campo eléctrico perpendicular al movimiento de la corriente de electrones, ¿se mueven en una trayectoria circular?
- ¿Pueden los electrones abandonar el conductor?
- ¿Qué determinan los electrones en un elemento?
- ¿Un condensador cargado pesa más que un condensador descargado?
En esta imagen, la carga se corresponde con el impulso a lo largo de la quinta dimensión.
Por supuesto, si hay cuatro dimensiones espaciales, uno debe explicar por qué experimentamos solo tres de ellas. La respuesta postulada de Kaluza-Klein es que, si bien el espacio-tiempo es infinito (o extremadamente grande) a lo largo de las tres dimensiones espaciales familiares y la dimensión del tiempo, a lo largo de la quinta dimensión la distancia alrededor del Universo es demasiado pequeña para que podamos percibirlo , incluso con el mayor aumento posible. Entonces se dice que la dimensión está “compactada”.
> ¿Es una ley de la naturaleza que la carga de electrones es la carga más pequeña posible que puede existir independientemente?
Ahora tenemos cuerda en mecánica cuántica. Relaciona el impulso de una partícula libre con la longitud de onda de una función similar a una onda llamada “función de estado”. Si una onda se propaga a lo largo de una dimensión compacta, pronto se encuentra a sí misma. Dado que una onda tiene solo un valor en cada punto, después de propagarse una vez alrededor del Universo debe tener el mismo valor con el que comenzó. Eso significa que la distancia alrededor del Universo debe ser un múltiplo integral de la longitud de onda. Dado que el momento es inversamente proporcional a la longitud de onda, eso a su vez significa que el momento solo puede tener un conjunto discreto de valores. La diferencia entre cada valor y el siguiente es entonces la carga fundamental.
> ¿Es como el espacio y el tiempo …?
De acuerdo con esta imagen, sí. Sin embargo, (repito para enfatizar) es solo una teoría, sin verificación experimental.
La teoría de cuerdas requiere 6 dimensiones espaciales compactadas. Supongo que las cargas fraccionales de los quarks pueden explicarse por cadenas que se extienden por todo el Universo a lo largo de alguna combinación de diferentes dimensiones espaciales compactas, pero esta suposición está yendo aún más a la especulación. Los Quarks también tienen una “carga de color”, que no es ± 1, pero se puede representar como
1, (-1 + i √3) / 2 y (-1 – i √3) / 2.
Los electrones tienen otro tipo de carga, llamada “número de leptones”. Es +1 para los electrones, sus dos hermanos más pesados y los compañeros neutrinos de esos tres. El número de leptones es -1 para sus antipartículas y 0 para todo lo demás, por lo que también ayuda a estabilizar los electrones.
Otro tipo de carga, que también ayuda a estabilizar los electrones, es el número de bariones, que es +1 para neutrones, protones y muchos parientes más pesados. Dado que el número bariónico es 0 para los electrones, eso también ayuda a estabilizarlos.
No conozco ninguna investigación para relacionar estos otros cargos en dimensiones compactas. Como la teoría de cuerdas requiere 6 dimensiones compactas, casi corresponden a varias cargas, pero eso es solo mi especulación.