¿Es posible que los electrones, protones y neutrones sean del mismo tamaño pero de formas diferentes?

El tamaño y la forma no son realmente cantidades que se aplican a partículas subatómicas. No son solo versiones muy pequeñas de objetos de superficie dura de nuestro mundo: la clásica (no) analogía es con bolas de billar. La naturaleza de la dualidad onda-partícula significa que el tamaño está mal definido: un objeto puede ser una partícula puntual de tamaño cero al mismo tiempo que una onda de tamaño arbitrario: lo que usa depende de las características que le interesen.

Lo que estamos bastante seguros de los experimentos de colisionadores es que los protones y los neutrones son partículas compuestas, construidas a partir de entidades más fundamentales que llamamos quarks. Hasta donde podemos ver, los electrones no tienen esa estructura interna: son ellos mismos fundamentales, al menos en la misma medida que los quarks. Esta imagen encaja muy bien con la llamada imagen del Modelo Estándar de los campos de partículas y sus interacciones, que entre otras cosas predice la formación de protones y neutrones a partir de los quarks. Ni los electrones ni los quarks tienen ningún “tamaño” en el Modelo Estándar: son puntuales.

Supongo que el hecho de que los electrones son fundamentales y los protones y los neutrones no lo son, podría leerse como de diferentes tamaños, pero no es la forma más útil (o interesante) de imaginarlo.

La forma tampoco es algo donde las analogías del “mundo real” se apliquen de manera obvia. La densidad de probabilidad de una partícula cuántica depende de su momento angular, y cualquier tipo de partícula puede adoptar las mismas formas si se coloca en el mismo estado de momento angular. Como Jess ha mencionado, podría haber alguna evidencia de anisotropía intrínseca (desviación de la esférica) de las mediciones del momento dipolar eléctrico, pero aún no se ha visto nada concluyente; si hay un efecto, es muy pequeño. Y podría ver el espín intrínseco como una desviación magnética de la esférica: curiosamente, las tres partículas tienen momentos dipolares magnéticos a pesar de que el neutrón es eléctricamente neutro, lo que fue una evidencia temprana de que el neutrón debe ser un compuesto neutro hecho de componentes cargados.

Si imagina un electrón como compuesto de sólidos giratorios (masa) rodeados por un fluido giratorio (carga) de modo que la dirección del giro es responsable del vector de momento angular y la dirección del fluido giratorio es responsable de la carga, ya que la carga gira en la misma dirección, independientemente del giro del sólido, creo que el sólido debería ser simétrico con respecto al plano del giro.

Aquí hay un video que muestra un objeto giratorio que produce un campo electromagnético.

Se podría esperar que un protón y un electrón tengan diferentes formas, simplemente porque el protón es una partícula bastante compleja y pesada, mientras que el electrón es bastante simple.

Al igual que muchas personas, me gusta pensar en las partículas elementales en términos de transformaciones de alguna sustancia fundamental que sufre cambios de estado de gas a líquido a sólido, todo mientras conserva el impulso y la energía. Un muón es muy parecido a un gran electrón pesado y se desintegra en un electrón + energía. Me gusta imaginar una capa de hielo derritiéndose del muón cuando se convierte en un electrón, conservando la rotación y la carga.

Creo que la forma de las partículas fundamentales se expresaría en términos de su probabilidad de giro de giro. ¿Se daría la vuelta a un trompo cuando una esfera giratoria no lo haría?

Quizás algunas formas tienden a producir una carga giratoria en sentido antihorario y otras producen una carga giratoria en sentido horario en presencia de una corriente. La dificultad es que el objeto sólido en cualquier forma necesitaría tener el mismo efecto sobre el líquido que gira, independientemente de si estaba orientado hacia arriba o hacia abajo (girar hacia arriba o hacia abajo) o la forma necesitaría transformarse cuando el giro girara .

Todo esto es solo filosofar (generación de hipótesis) y un físico desagradable diría que no tiene sentido y que no vale la pena hacerlo o decirlo. Yo diría que no tiene sentido a menos que tenga un resultado experimental inusual que requiera una nueva interpretación. En ese momento, algunas interpretaciones ya hechas pueden ser agradables. Sin embargo, sería preferible utilizar la filosofía para generar ideas para experimentos. Ese es un método científico mucho más legítimo. Predicción -> Falsificación.

Juego con este tipo de ideas aquí: Volver a lo básico por Kirsten Hacker en un bloc de notas público

No Los electrones son definitivamente más pequeños que los protones o los neutrones. Hasta donde podemos ver, un electrón es un punto sin tamaño ni forma; mientras que los nucleones están formados por tres quarks que zumban bajo la influencia del intercambio de gluones y tienen un momento angular giratorio (intrínseco) y orbital debido al movimiento de los quarks. Todavía se planean experimentos para determinar si los neutrones son perfectamente esféricos o tienen un momento dipolar eléctrico, lo que implicaría una especie de “forma”. Hasta ahora, sin embargo, ambos nucleones se ven bastante esféricos.

Realmente no sabemos el tamaño geométrico o la forma de estas partículas. Sabemos lo que se llama radio de carga, lo que significa qué tan cerca puede estar otra partícula cargada antes de ser desviada por las fuerzas de Coulomb. Esto es bueno principalmente para electrones y protones u otras partículas cargadas. Los neutrones están cerca de partículas neutras. Por lo tanto, su tamaño se puede detectar mucho más cerca de su forma física o geométrica. Hay muchas cosas extrañas que suceden en este reino

Los protones y los neutrones están compuestos por 3 quarks. La suposición de que los protones y los neutrones son esféricos probablemente no se aplica más allá del diámetro de la partícula desde su borde exterior. Pero aplicar nuestras ideas de sentido común de volumen y forma en el mundo cuántico tampoco tiene mucho sentido.
Puede encontrar las ideas en Home Page Index Unclear2Nuclear interesantes aunque sin terminar.

En las figuras, ¡todas son del mismo tamaño pero en diferentes colores!