¿Por qué no hay fuerza entre los electrones y la luz?

La luz no tiene carga. Es un cuanto o vibración del campo electromagnético. Ahora las fuentes que crean campos electromagnéticos son las cargas y el movimiento de las cargas. El campo electromagnético estático de dos cargas es lo que hace que las cargas se atraigan o se repelen entre sí.

Pero como la luz no tiene carga, el campo electromagnético de un electrón no la atrae ni la repele. Sin embargo, en la electrodinámica cuántica (QED) hay procesos de orden superior donde hay una probabilidad muy pequeña de algunos tipos de interacción. Por ejemplo, un fotón podría dispersarse del campo electrostático de una partícula cargada como se muestra en el siguiente diagrama de Feynman:
En este diagrama, el tiempo fluye de izquierda a derecha. Entra un fotón (línea ondulada) y un electrón (línea continua). El fotón entrante interactúa con un bucle de par virtual de electrón-positrón que también interactúa con dos fotones “virtuales” del electrón entrante y finalmente el par virtual de electrón-positrón. aniquilar en el fotón saliente.

Sin embargo, la probabilidad de esta dispersión será muy pequeña ya que cada unión donde interactúa un electrón y un fotón tiene un factor de [matemática] \ alfa \ aproximadamente 1/137 [/ matemática] asociada a ella. Los 6 factores de alfa dan un factor general de [matemáticas] 10 ^ {- 13} [/ matemáticas]. Entonces, a todos los efectos prácticos, los fotones de luz no interactúan con el campo electromagnético de una partícula cargada.


PD: los fotones pueden interactuar directamente con el electrón a través de un proceso como la dispersión de Compton que se muestra en el siguiente diagrama de Feynman:
Este es un proceso mucho más probable que el proceso de dispersión de un fotón de un fotón virtual como se muestra en el primer diagrama, ya que solo tiene dos factores de [math] \ alpha [/ math]. Sin embargo, los detalles de la pregunta se refieren a un fotón que interactúa con el campo electrostático del electrón , no con el electrón en sí mismo, por lo tanto, ignoré esta interacción directa en la respuesta.

A nivel microscópico, existe interacción entre electrones y fotones. Los fotones se dispersan de los electrones u otras partículas cargadas en la dispersión de Compton. Lo que percibimos como fuerza no es más que un efecto colectivo y macroscópico de estas interacciones microscópicas, debido al intercambio de grandes cantidades de fotones virtuales. Esta es la razón por la cual dos cuerpos o imanes cargados se atraen o repelen. A nivel microscópico solo hay interacción entre la materia y el bosón medidor responsable de la interacción. Ahora, llegando a su pregunta original de por qué no hay fuerza entre la luz y los electrones a nivel macroscópico, bueno, la hay. Si tiene partículas suficientemente pequeñas como el electrón, se observa que oscila en el campo de radiación debido al campo electromagnético oscilante. Pero si sus partículas son masivas y sus observaciones no son temporalmente precisas, entonces estas partículas parecen quedarse quietas porque lo que observa es un efecto “promedio”.

En el modelo estándar, que se usa ahora para describir el mundo microscópico, el fotón es un bosón que transfiere fuerza entre partículas cargadas, por su campo bosónico (campo EM).

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