Un fisico della Lancaster University ha proposto una soluzione radicale alla domanda su come una particella carica, come un elettrone, reagisca al proprio campo elettromagnetico.
Questa domanda ha turbato i fisici per oltre 100 anni, ma il fisico matematico Dr. Jonathan Gratus ha proposto un approccio alternativo, pubblicato nel Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, con implicazioni controverse.
È noto che se una carica puntiforme è accelerata, produce radiazione elettromagnetica. Questa radiazione ha sia energia che quantità di moto, che devono provenire da qualche parte. Di solito si presume che provengano dall'energia e dalla quantità di moto di una particella carica che smorza il movimento.
La storia del tentativo di calcolare questa reazione radiativa (nota anche come smorzamento radiativo) risale a Lorentz nel 1892. A quel tempo, molti fisici famosi diedero contributi significativi, tra cui Planck, Abraham, Born, Schott, Pauli, Dirac e Landau. La ricerca attiva continua ancora oggi, con molti articoli pubblicati ogni anno.
Il problema è che, secondo le equazioni di Maxwell, il campo elettrico nel punto in cui si trova la particella puntiforme è infinito. Pertanto, anche la forza che agisce su questa particella puntiforme deve essere infinita.
Vari metodi sono stati usati per rinormalizzare questo infinito. Questo porta alla famosa equazione di Lorentz-Abraham-Dirac.
Sfortunatamente, questa equazione ha soluzioni patologiche ben note. Ad esempio, una particella che obbedisce a questa equazione può accelerare all'infinito senza una forza esterna o accelerare prima che venga applicata una forza.
Esiste anche una versione quantistica dello smorzamento delle radiazioni. Ironia della sorte, questo è uno dei pochi fenomeni in cui la versione quantistica si verifica a energie inferiori rispetto a quella classica.
I fisici stanno attivamente cercando questo effetto. Ciò richiede elettroni di energia molto elevata e potenti raggi laser per "scontrarsi", il che è un problema poiché i più grandi acceleratori di particelle non si trovano vicino ai laser più potenti. Tuttavia, sparare laser nel plasma produrrà elettroni ad alta energia che possono quindi interagire con il raggio laser. Tutto ciò che serve è un potente laser. I risultati attuali mostrano che la reazione di radiazione quantistica esiste davvero.
Un approccio alternativo consiste nel considerare un insieme di particelle cariche, in cui ciascuna particella reagisce ai campi di tutte le altre particelle cariche, ma non a se stessa. Finora, questo approccio è stato abbandonato perché non ci si aspettava che conservasse energia e slancio.
Tuttavia, Jonathan Gratus mostra che questa ipotesi non è corretta, poiché l'energia e la quantità di moto della radiazione di una singola particella provengono dai campi esterni utilizzati per accelerarla.
Dice che “le implicazioni controverse di questo risultato sono che la classica reazione radiativa potrebbe non esistere affatto. Pertanto, possiamo considerare la scoperta della reazione quantistica della radiazione come qualcosa di simile alla scoperta di Plutone, che è stata scoperta dopo previsioni basate su incongruenze nel moto di Nettuno. I calcoli corretti hanno mostrato che non vi erano discrepanze. Allo stesso modo, l'inutilità della reazione alle radiazioni è stata prevista, trovata e poi mostrata.
Lo studio è stato pubblicato sul Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical.
2022-02-06 19:16:01
Autore: Vitalii Babkin