Jak naładowana cząstka reaguje na własne pole elektromagnetyczne? Rozwiązano stuletni problem

Przez ponad 100 lat naukowcy zastanawiali się, w jaki sposób naładowana cząstka (jak elektron) reaguje na własne pole elektromagnetyczne. Dr Jonathan Gratus z Lancaster University znalazł rozwiązanie tego problemu.
Naukowcy są coraz bliżej doprecyzowania równań Lorentza-Abrahama-Diraca
Naukowcy są coraz bliżej doprecyzowania równań Lorentza-Abrahama-Diraca

Zgodnie z obowiązującymi prawami fizyki, jeżeli jakiś ładunek punktowy przyspiesza, wytwarza promieniowanie elektromagnetyczne. Ma ono zarówno energię, jak i pęd, które muszą mieć swoje źródło. Przyjmuje się, że pochodzą one z energii i pędu naładowanej cząstki, jednocześnie ją spowalniając. Zjawisko to zwane tłumieniem promieniowania było badane już w 1892 r. przez Lorentza, ale do dzisiaj nie udawało się obliczyć tej wartości.

Zgodnie z równaniami Maxwella, pole elektryczne w punkcie, w którym znajduje się punktowa cząstka, jest nieskończone. Z tego samego powodu, siła działająca na tę punktową cząstkę także powinna być nieskończona. Fizycy próbowali na różne sposoby określić tę “nieskończoność”, co prowadzi do jednego z najbardziej podstawowych równań Lorentza-Abrahama-Diraca.

Czytaj też: Czegoś takiego fizycy jeszcze nie widzieli – hybrydowa cząstka o nietypowych właściwościach

Niestety, równanie to nie jest idealne. Fizycy wiedzą, że cząstka spełniająca jego warunki może przyspieszać w nieskończoność bez żadnej zewnętrznej siły lub przyspieszać zanim zostanie przyłożona jakakolwiek siła. Istnieje również kwantowa wersja tłumienia promieniowania, które występuje przy niższych energiach niż w fizyce klasycznej.

Rozwiązaniem zagadki pola elektromagnetycznego byłaby sytuacja, w której rozważa się istnienie nie jednej punktowej cząstki, a wielu naładowanych obiektów, które reagują na siebie nawzajem (nie wpływając na własne pole elektromagnetyczne). Do tej pory odrzucano to podejście, ponieważ prawdopodobnie byłoby ono niezgodne z zasadą zachowania energii i pędu. Dr Gratus sugeruje, że żadnego konfliktu nie ma – energia i pęd promieniowania pojedynczej cząstki pochodzi z pól zewnętrznych użytych do jej przyspieszenia.

Kontrowersyjne implikacje tego założenia są takie, że w ogóle nie musi istnieć klasyczna reakcja promieniowania. Możemy więc uznać odkrycie kwantowej reakcji radiacyjnej za podobne do odkrycia Plutona, który został znaleziony w wyniku przewidywań opartych na rozbieżnościach w ruchu Neptuna. Poprawione obliczenia wykazały, że nie było żadnych rozbieżności. Podobnie reakcja radiacyjna została przewidziana, znaleziona, a następnie wykazano, że nie jest potrzebna.Dr Jonathan Gratus

Wyniki rozważań dr Gratusa zostały opublikowane w Journal of Physics A i mogą mieć one poważne konsekwencje dla naszego rozumienia podstawowych praw fizyki.