[转载] 杨正瓴，2024-09-29：用直接碰撞等来测量电子半径与结构的建议

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杨正瓴，2024-09-29 00:10，科学智慧火花，中国科学院

用直接碰撞等来测量电子半径与结构的建议

投稿人：真傻  投稿时间：2024-09-29 00:10

一、电子半径实验测量的反思

   目前主流认为^[1,2]：“电子无结构，可视为携带点电荷的点粒子。”“离子阱囚禁单电子的实验表明电子半径的上限值约为10-22米。”

   目前的对撞机“按粒子束的种类来分有：正负电子、电子-电子、正反质子、质子质子、质子-电子、离子-离子、离子-电子、光子-光子、缪子-反缪子对撞机。”^[3-5]

   用实验测量电子半径，目前主要有2类方法：

   （1）碰撞，

   （2）囚禁。

   疑问：

   上面的这些测量实验，似乎承认一个前提假设：“电子是刚体，并且独立于测量过程”。换言之，在整个实验过程中，电子基本上不发生变形；并且，电子不与“离子阱”自身发生重叠现象等。

   反过来，

   （1）假如电子的表现类似流体，并且可能是“可压缩”流体^[6,7]？

   （2）假如电子可以和“离子阱”产生某种“重叠”作用（所谓粒子是对应的场的某种激发）？因为，毕竟离子阱自身就是“电场或磁场，或者它们的组合^[2]”。 

   再通俗些说：假如电子是像木星、土星一样的气态结构，是不是同样可以解释现有的物理实验结果“找不到电子的半径”？因为主流认为^[8]：“场是比实物粒子更基本的一种物质存在，具有更为丰富的内涵，任何实物粒子都有一种与之相对应的场。所谓粒子是对应的场的某种激发，而粒子之间的相互作用来源于场之间的相互作用。”而离子阱自身就是“电场或磁场，或者它们的组合^[2]”。

   物质可以处在：

   固态、液态、气态，等离子态、超固态、玻色-爱因斯坦凝聚态等。^[6]

   凭什么只许微观粒子只能类似“固态”，而不许它们处在类似“液态、气态”之类？

二、建议：两个或多个普通电子的高能碰撞

   为尽力避开或减少“电子高刚性”、“电子独立于测量过程”以及其它各类假设前提的不利影响，建议进行两个普通电子（不是正负电子对）直接高能碰撞的实验。

   亦即，两个或多个高能量的电子，直接进行碰撞：

   （1）看看有没有两个（多个）电子之间的排斥现象，以及排斥发生的最小空间距离；

   （2）有没有两个（以上）电子的合并；

   （3）电子分裂为更小碎片，或其它的“不同于整个电子”的现象；

   （4）电子转化为其它物质（粒子，波）；

   ……

   的现象？

   这些直接的电子实体实验，可望对认识电子及其内部结构（假如电子不是“点粒子”的话），提供直接的实验基础。

   杨振宁曾讲^[9]：“我所以要和大家讲这一点，是因为在所有物理和数学的最前沿的研究工作，很大一部分力量要化在猜想上。在别的方面可能也是这样，不过我不太熟悉罢了。”并且，“贯彻任何科学发现的思维，也主要是合情推理；量子力学方程是猜出来的”[10]。所以，电子碰撞之类的直接实验，是对电子认识的主要知识来源，可以大幅度减少“猜”的失误。 

参考文献 ：

[1] 2022-01-20，电子/electron/陈向军，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

[2] 2022-01-20，离子阱/ion trap/黄文学，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

一种利用电场或磁场，或者它们的组合，将离子限定在真空度极高的有限空间内的装置。

根据电极的不同离子阱大致分为三维离子阱、线性离子阱和轨道离子阱三种。

[3] 2023-12-21，对撞机/collider/徐刚，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

[4] 2022-01-20，粒子对撞机/particles collider/邹运，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

[5] 2022-12-23，国际电子直线对撞机/international linear collider; ILC/高杰，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

[6] 2022-12-23，物态/state of matter/高本辉，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

[7] 2024-06-27，可压缩流动/compressible flow/陆志芳，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

[8] 2022-01-20，电场/electric field/陈熙谋，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

场是比实物粒子更基本的一种物质存在，具有更为丰富的内涵，任何实物粒子都有一种与之相对应的场。所谓粒子是对应的场的某种激发，而粒子之间的相互作用来源于场之间的相互作用。

[9] 世界科学译刊编辑部. 从历史角度看四种相互作用的统一（根据杨振宁博士1978年7月6日在上海物理学会的演讲整理）[J]. 世界科学译刊， 1979, (01): 1-13.

[10] 科普中国，2021-12-31，合情推理[DB/OL]