Dependiendo de la situación, existen diferentes conceptos para imaginar un electrón.
En ciertos límites, es apropiado pensar en el electrón como una “bola” cargada. En otros límites, puede tratarse como una ola. A veces es apropiado pensarlo como una nube borrosa. A veces ninguno de estos conceptos funciona, y es solo un vector en un espacio de Hilbert.
Las diferentes formas de pensar sobre un electrón se basan en
- ¿De qué están compuestos el protón y los electrones? ¿Es eso Quarks y Leptons?
- ¿Pueden los quarks emitir o interactuar con los fotones de alguna manera?
- ¿Cómo sería un universo completamente hecho de antimateria?
- ¿Cuál es el poder de la aniquilación de materia / antimateria?
- ¿Qué es el flujo de electrones convencional?
- el impulso o la longitud de onda de De Broglie del electrón
- la mecánica cuántica relativista versus no relativista es importante
- finalmente, el marco del observador.
Ola :
Si el momento del electrón es muy bajo, o de manera equivalente, la longitud de onda de De Broglie es más larga que la escala de longitud que le interesa, el electrón puede considerarse como una onda. Si hiciste un experimento de interferencia para ver que el electrón interfiere consigo mismo, está actuando como una onda.
Si está interesado en un electrón unido a un núcleo y pregunta dónde encontrará el electrón, lo consideraría una onda localizada o “nube difusa” con un tamaño característico alrededor del núcleo.
Bola cargada :
Por otro lado, si el momento del electrón es lo suficientemente alto, o equivalente, la longitud de onda de De Broglie lo suficientemente corta, entonces es apropiado pensar en el electrón como una bola de billar cargada. Esta descripción está bien cuando se trata de cosas mucho más largas que la longitud de onda del electrón. Si tiene un haz de electrones en un tubo de rayos catódicos (¿recuerda esos?), Esos electrones actúan como bolas de billar cargadas.
Campo Spinor / representación de Fourier :
Ese régimen no sube a energías arbitrariamente altas. Si tiene un electrón de energía suficientemente alta, los efectos cuánticos relativistas comienzan a ser importantes. La descripción de un electrón en la teoría del campo cuántico es la de un campo spinor de Dirac. En su mayor parte, cualquier campo (elemento del espacio de Hilbert) puede escribirse como el estado de vacío con los operadores de creación y aniquilación que actúan sobre él. Esto es equivalente a pensar en el electrón como parte del campo en el espacio que se descompone en modos de onda plana. Una de las herramientas de cálculo, los diagramas de Feynman, hacen que el concepto de “bola” sea muy atractivo (pero las matemáticas siguen siendo una representación espacial de Fourier, por lo que no se traducen directamente en bolas).
Dependencia de trama / vector espacial de Hilbert :
Finalmente, vale la pena señalar que el número de partículas que crees que están en el campo depende del marco del observador. En el espacio-tiempo plano QFT, con solo observadores inerciales, el operador de números es algo en lo que todos pueden estar de acuerdo. Una vez que ingresa al espacio-tiempo curvo o introduce observadores acelerados, el operador de número depende de su marco (¿es inercial o está acelerando?). Esto hace que el concepto de “pelota” sea menos útil. El elemento real del espacio de Hilbert es el mismo, por lo que el vector espacial de Hilbert es un concepto útil.
