Поляризация электромагнитного поля элементарной частицы

Меня просили объяснить: почему поляризация электромагнитного поля внутри элементарной частицы не меняется.

Вспомним строение элементарной частицы из полевой теории (Рис.1).

Рис.1 Строение элементарной частицы.

Теперь вспомним структуру линейного переменного электромагнитного поля (рис.2) из классической электродинамики

Рис.2 Линейное переменное электромагнитное поле (рисунок взят из интернет-источника).

Мы наблюдаем два совмещенных, синхронизированных ортогональных векторных поля (электрическое "Е" и магнитное "Н"), перемещающихся в одном направлении.
В элементарной частице (за исключением фотона) поляризованное переменное электромагнитное поле с постоянной составляющей вращается по замкнутой кольцевой орбите, радиус которой определяется главным квантовым числом в полевой теории - "L". Согласно классической электродинамике, данное электромагнитное поле состоит из двух ортогональных векторных полей: электрического и магнитного.

Рассмотрим для примера положительно заряженную элементарную частицу (Рис.3). Постоянное электрическое поле элементарной частицы создается двумя полусферами: внешней, создающей (в данном случае) поле положительного заряда, и внутренней, создающей (в данном случае) поле отрицательного заряда. На большом расстоянии (значительно превышающем линейные размеры элементарной частицы) мы наблюдаем их результирующее электрическое поле - поле положительного элементарного электрического заряда. Таким образом, на больших расстояниях создается иллюзия, что элементарная частица просто обладает электрическим зарядом, а в действительности постоянное электрическое поле элементарных частиц дипольное, что и проявляется в ближней зоне. Аналогично, электрическое поле нейтральной элементарной частицы в ближней зоне является дипольным, в то время как на больших расстояниях (значительно превышающих линейные размеры элементарной частицы) это не наблюдается - элементарная частица выглядит электрически нейтральной.

Причина наличия элементарного электрического заряда элементарных частиц кроется в геометрии: наличии асимметрии между потоками, создаваемыми внешней и внутренней полусферами элементарной частицы (порождаемой разницей геометрических фигур).

Рис.3 Сечение заряженной элементарной частицы (заряд +e).

Если изменить угол поляризации, например, так, как показано на рисунке 4, то это приведет к изменению величин потоков электрического поля создаваемых внутренней и внешней полусферами элементарной частицы.


Рис.4

В результате изменения обоих компонент постоянного дипольного электрического поля элементарной частицы изменится и результирующее постоянное электрическое поле, что приведет к изменению величины электрического заряда элементарной частицы. Ну а поскольку самопроизвольное изменение величины электрического заряда противоречит закону сохранения электрического заряда то оно запрещено законами природы. C другой стороны, изменение электрического поля (да и магнитное поле тоже изменится) приведет к изменению полной внутренней энергии элементарной частицы, а значит к нарушению закона сохранения энергии.

Следовательно, самопроизвольное вращение поляризации электромагнитного поля элементарной частицы запрещено законом сохранения энергии и законами электромагнетизма - законами природы.

Теперь почему только четыре варианта поляризации - это следует из симметрий: двойку дает симметрия знака ("+" и "-"), вторую двойку дает равноправие векторов "E" и "H" (векторов напряженности электрического и магнитного поля), а то, что соображения симметрии соответствуют структуре электромагнитного поля (рис.2), говорит в пользу полевой теории элементарных частиц. Именно по этому, в каждой подгруппе элементарных частиц (с L>0), имеются два энергетических уровня, отличающихся наличием электрического заряда (поляризацией вращающегося электромагнитного поля). Один энергетический уровень (в котором вращение осуществляется в плоскости вектора "E") соответствует заряженной элементарной частице с ее античастицей, различающихся знаком электрического заряда. Второй энергетический уровень (в котором вращение осуществляется в плоскости вектора "H") соответствует одной нейтральной элементарной частице с ее античастицей, различающихся знаком магнитного момента.

Изменение угла поляризации электромагнитного поля на π/2 изменяет не только электрический заряд элементарной частицы, но и картину ее постоянных электрического и магнитного полей - следовательно, изменяется энергия, содержащаяся в этих полях, а значит и величина массы покоя элементарной частицы: в итоге получается другая элементарная частица, что запрещено законами природы.
Только изменение угла поляризации на π сохраняет величины энергии, содержащиеся в полях элементарной частицы (поэтому закон сохранения энергии в конечном состоянии будет соблюдаться), но меняет знак напряженности постоянного электрического и магнитного полей на противоположный - частица превращается в соответствующую античастицу, что запрещено законами электромагнетизма, для заряженных элементарных частиц и для нейтральных элементарных частиц с ненулевым спином в основном состоянии. Ну а поскольку поворот угла поляризации на π произойдет через промежуточное состояние с углом поляризации в π/2, то такой поворот также невозможен, как нарушающий закон сохранения энергии в промежуточном состоянии (сказки о виртуальных превращениях оставим для мира математических СКАЗОК).

Владимир Горунович
3.12.2014