トロイダルリングモデル

トロイダルリングモデルは、もともとパーソン磁子または磁性電子と呼ばれ、素粒子の物理モデルです。プラズモイドリング、渦リング、ヘリコンリングとも呼ばれます。この物理モデルは、電子と陽子を素粒子として扱い、1915年にアルフレッド・ラウク・パーソンによって初めて提案されました。

単一の軌道を回る 電荷の代わりに、トロイダル リングは、共通の連続経路または「ループ」に沿って軌道を回る、または循環する微小な電荷要素の集合として考えられました。一般に、この電荷経路は任意の形状をとることができますが、内部の反発する電磁力により円形になる傾向があります。この構成では、電荷要素は循環しますが、リング全体は静止したままであるため、電場または磁場の変化により放射しません。リングは、移動する電荷要素の電流により、全体的な磁場 (「スピン」) を生成します。これらの要素は、光速cでリングの周りを循環しますが、周波数ν  =  c /2π Rで、半径Rに反比例します。リングの慣性エネルギーは、バネのように圧縮されると増加し、半径に反比例するため、周波数νに比例します。理論によれば、比例定数はリングの 保存角運動量であるプランク定数hであると主張した。

このモデルによれば、電子または陽子は、総電荷が ± eである「繊維」または「プラズモイド」の束とみなすことができます。同じ符号の電荷要素間の静電反発力は、アンペールの法則に従って、束の繊維内の平行電流間の磁気引力によってバランスが取られます。これらの繊維は、リングのトーラスの周りを巻きながら半径の周りを進み、スリンキーのようならせんを形成します。回路が完成するには、らせん状のプラズモイド繊維がリングの周りを進むにつれて、リングの周りを整数回巻き付く必要があります。この要件は、角運動量と放射の「量子」値を説明するものと考えられていました。カイラリティは、繊維の数が奇数、おそらくロープのように 3 つである必要があることを要求します。ねじれのらせん性は、電子と陽子を区別すると考えられていました。

トロイダルまたは「ヘリコン」モデルでは、粒子の半径や慣性エネルギーは一定である必要はありません。一般に、粒子の形状、サイズ、および動きは、環境からの外部電磁場に応じて調整されます。外部場の変化に対するこれらの調整または反応は、粒子の放射線の放出または吸収を構成します。したがって、このモデルは、粒子が互いに結合して原子を形成する仕組みを説明できると主張しました。

ヘリコンまたはトロイダルリングの開発は、アンドレ＝マリー・アンペールが1823年に電流要素間の引力を説明するために小さな磁気「電荷ループ」を提唱したことから始まりました。^[1]同じ時代に、カール・フリードリヒ・ガウスとマイケル・ファラデーも古典電気力学の基本法則を発見し、後にジェームズ・マクスウェルがマクスウェル方程式としてまとめました。マクスウェルがガウス、ファラデー、アンペールの法則を微分形式で表現したとき、彼は点粒子を仮定しましたが、この仮定は今日でも相対性理論と量子力学の基礎となっています。1867年にケルビン卿は、ヘルマン・フォン・ヘルムホルツが発見した完全流体の渦輪が「唯一の真の原子」を表していると示唆しました。^[2] 1900年直前、科学者たちがまだ原子の存在そのものについて議論していた頃、JJトムソン^[3]とアーネスト・ラザフォード^[4]は、電子、陽子、原子核の存在と特性を確認する実験^[5]で革命を起こしました。マックス・プランクは、黒体放射の問題を解決し、離散的な粒子だけでなく、これらの「粒子」または「共振器」から放射される放射の離散的な周波数を仮定して、火に油を注ぎました。プランクの有名な論文^[6]は、偶然にもプランク定数hとボルツマン定数k _Bの両方を計算し、「共振器」自体の何かがこれらの離散的な周波数を提供していることを示唆しました。

原子の構造に関する数多くの理論が、あらゆる新しい情報を受けて発展したが、^{[7] [8]、その中でも1913年の}ニールス・ボーアのモデルが主流となった。ボーアのモデル^[9]は、角運動量の量子化された値を持つ電子が原子核の周りを円軌道で回っていると提唱した。古典的な電気力学が加速する電荷に要求するように、ボーアの電子は連続的にエネルギーを放射する代わりに、角運動量のある状態から別の状態へ「飛び移る」ときに離散的に放射した。

1915年、アルフレッド・パーソンはボーア模型の改良版として「磁子」^{[10]を提唱し、有限の大きさの粒子が}安定性を維持し、電磁波からの放射を放出および吸収する能力を描写した。ほぼ同じころ、リー・ペイジは回転する「振動子」を想定し、放射することなくエネルギーを蓄えることができる黒体放射の古典理論を開発した。 ^[11]ギルバート・N・ルイスはパーソンの模型に一部触発されて化学結合の理論を展開した。^[12]その後、デビッド・L・ウェブスターはパーソンの磁子とペイジの振動子^[13]を結び付け、磁子の観点から質量^[14]とアルファ散乱^{[15]を説明する3つの論文を執筆した。1917年、ラース・O・グロンダールは}鉄線の自由電子の実験でこの模型を確認した。^[16]パーソンズの理論は次に、電子の性質に関する一連の論文を書いたアーサー・コンプトンや^{[17] [18] [19] [20]} 、そして論文の中で「リング電子」を主張したH・スタンレー・アレンの注目を集めた。^{[21] [22] [23]}

パーソン磁子の最も実験的な関連性のある側面（そしてグロンダールとウェブスターによって調査された側面）は、電子の磁気双極子モーメントの存在であり、この双極子モーメントは確かに存在する。しかし、ポール・ディラックとアルフレッド・ランデによるその後の研究は、点状粒子が固有の量子スピンと磁気モーメントを持つ可能性があることを示した。非常に成功した現代の理論である粒子物理学の標準モデルは、固有のスピンと磁気モーメントを持つ点状電子を記述している。一方、電子が点状であるという通常の主張は、慣例的に「裸の」電子にのみ関連付けられる可能性がある。点状電子は発散する電磁場を持ち、強い真空分極を生成するはずである。QED によれば、クーロンの法則からの逸脱は、電子の中心からコンプトンスケールの距離、10 ⁻¹¹  cm で予測される。コンプトン領域での仮想プロセスは、電子のスピンとその電荷および質量の再正規化を決定する。これは、電子のコンプトン領域は点状の核を持つコヒーレントな全体とみなされ、物理的な (「ドレスアップされた」) 電子を形成することを示しています。電子のディラック理論もコンプトン領域の特異な動作を示していることに注意してください。特に、電子はコンプトン スケールでジッターベヴェーグングを示します。この観点から、リング モデルは QED またはディラック理論と矛盾せず、いくつかのバージョンは量子理論に重力を組み込むために使用できる可能性があります。

電子が何らかの下部構造を持つかどうかという問題は、実験によって決定されなければならない。これまでのすべての実験は、リング状であろうとなかろうと、下部構造を持たない電子の標準モデルと一致している。2つの主要なアプローチは、高エネルギー電子-陽電子散乱^[24]と量子電磁力学の高精度原子テスト^[25]であり、どちらも10 ⁻²⁰ mまでの解像度で電子が点状であることに同意している 。現在のところ、仮想過程のコンプトン領域（直径10 ⁻¹¹  cm）は、電子-陽電子散乱の高エネルギー実験では示されていない。

ニコデム・ポプラフスキは、パパペトロウ法による多極展開を用いて、アインシュタイン・カルタン重力理論において、コンプトンサイズのカー・ニューマン特異リングをコンプトンサイズの外半径とカルタンサイズの内半径（10 ⁻²⁷  m）を持つトロイダル構造に置き換えることで、ディラック電子のブリンスキーのモデルをねじれが修正することを示した。^[26]

• David L. Bergman、J. Paul Wesley、「異常磁気モーメントを生み出す電子の回転荷電リングモデル」、ガリレオ電気力学、第1巻、63-67ページ（1990年9月/10月）。