elettrodinamica quantistica (QED, Quantum Electro-Dynamics) versus MQM (MetaQuantumMechanics)

Tenteremo nell’articolo attuale un esperimento che vedrà la pubblicazione nel caso di successo. Quindi se lo state leggendo significa che ha avuto successo ..

Si tratta di usare 2 metodi diversi di cercare una soluzione ad un problema ben preciso e che sarà l’oggetto su cui si cimenteranno entrambe i metodi:

  1. primo metodo: descrizione dell’effetto Compton Inverso (IC) secondo i metodi noti.
  2. secondo metodo: descrizione dell’effetto Compton Inverso secondo la teoria semiquantica della materia MQM (MetaQuantumMechanics).

Abbiamo già trattato dell’IC nel nostro articolo al link seguente:
https://6viola.wordpress.com/2018/03/19/mqm-inverse-compton-ic-physics/

Si ricava da quella lettura, il concetto che per affermare che esista solo luce senza massa, e quindi m=mr al 100% bisognerebbe sapere l’origine di cosa viaggia alla velocità della luce.

Nel caso di due elettroni (di cui uno dei due è antimateria) sappiamo quanto vale la massa di un elettrone a bassa velocità.

Se un singolo elettrone si è trasformato totalmente in energia, come è ad esempio nello scontro tra materia ed antimateria e in specie nella formazione di due fotoni entangled, per la associata radiazione avremo:

m0*c^2=h*f

Quindi, quando una massa a riposo m0 si trasforma in energia .. tanto maggiore è l’aumento di velocità di m0, tanto più avviene la trasformazione

m0 -> mr

e -dunque- maggiore sarà la frequenza f che diverrà ad alta frequenza per rispettare la equazione appena scritta qui sopra.

Viceversa, se m0 non raggiunge (mentre si trasforma in energia) la velocità della luce ..

.. una parte di m0 sarà ancora massiva, mentre una parte inferiore al 100% di m0 sarà radiativa .. dovendosi avere:

m0=mr+mp

Il dettaglio di come si calcolano mr, mp in funzione della velocità è negli articoli precedenti, e può essere studiato in essi.

Qui interessa notare che la trattazione secondo ma MQM è molto elementare e non necessita di spostare nel dominio della probabilità della MQ di Copenaghen la trattazione.

Per una sintesi con pochi dettagli, comunque si può leggere la seguente sequenza di formule, che potrebbero -però- essere fraintese se non si capisce che la “m” che compare in Ec energia cinetica di

Ec=(m-m0)*c^2; m=m0/sqrt(1-v^2/c^2)

.. dicevamo la “m” qui sopra è diversa dal concetto di m0, che è la m quando v=0.

Ecco la rapida sintesi:

 

Il significato è che aumenta la energia Ec (cinetica) del sistema che assorbe energia ad esempio da un campo elettrico, ma non si modifica m0*c^2 come sistema “pariticella” che ha una quota parte materica e una quota parte radiativa.

Tuttavia, sebbene con la tesi di laurea (già citata:@) c’è stato già un primo confronto tra la trattazione storica MQ e la nuova teoria MQM, ora interessa a noi un confronto più formale e non con formule della empiria, ma con l’approccio matematico “storico” (vedi qui di seguito: calcolo QED puro).
(@)
http://amslaurea.unibo.it/11432/1/Emissione%20di%20Compton%20inverso%20e%20applicazioni%20astrofisiche_Iemmi.pdf

A tal fine si esamini il seguente documento:

https://ac.els-cdn.com/S1875389214000194/1-s2.0-S1875389214000194-main.pdf?_tid=2733f89f-6755-4f81-955e-a0d0c34582e5&acdnat=1523880575_3b38c7a5ec47b2c7be48b95008967957

è una pubblicazione del 2014, con il titolo seguente:

Physics and Applications of High Brightness Beams Workshop, HBEB 2013

Inverse Compton cross section revisited

C. Curatoloa,b,∗ , L. Lanza, V. Petrilloa,b aUniversity of Milan, via Celoria 16, 20133 Milan, Italy bINFN – Milan, via Celoria 16, 20133 Milan, Italy

Abstract
The design of advanced machines working in the quantum regime (ELI-NP, IRIDE, e − γ and γ − γ colliders) requires to set the fundamentals needed to have an accurate prediction of the radiation qualities after the Compton scattering. Due to the high energy of the electron beam in the cases above mentioned, the quantum effects, referred as inverse Compton, which occur during the collision with the laser radiation, are not negligible. We present a rigorous method to obtain the inverse Compton cross section in the general case of not null initial momentum of the electrons from a pure QED calculation, avoiding the usual approaches based on the derivation of this cross section either from the Klein and Nishina formula and the Lorentz transformations or throught Feynman diagrams and Mandelstam invariants. In the derivation of the cross section from the transition amplitude we pay particular attention to the long time behavior of the system evolution. Proceeding in this way we obtain the transition probability in the time unit, which integrated over the solid angle of emission defines spectrum and number of the scattered photons.

traduzione:
La progettazione di macchine avanzate funzionanti nel regime quantistico (ELI-NP, IRIDE, e-γ e γ-γ) richiede di stabilire i fondamenti necessari per avere una previsione accurata delle qualità della radiazione dopo la diffusione di Compton. A causa dell’alta energia del fascio di elettroni nei casi sopra menzionati, gli effetti quantici, indicati come Compton inverso, che si verificano durante la collisione con la radiazione laser, non sono trascurabili. Presentiamo un metodo rigoroso per ottenere la sezione trasversale Compton inversa nel caso generale del momento iniziale non nullo degli elettroni da un calcolo QED puro, evitando i soliti approcci basati sulla derivazione di questa sezione trasversale o dalla formula di Klein e Nishina e le trasformazioni di Lorentz o i diagrammi di Feynman e gli invarianti di Mandelstam. Nella derivazione della sezione trasversale dall’ampiezza della transizione prestiamo particolare attenzione al comportamento a lungo termine dell’evoluzione del sistema. Procedendo in questo modo otteniamo la probabilità di transizione nell’unità temporale, che integrata sull’angolo solido di emissione definisce lo spettro e il numero dei fotoni dispersi.

Nota Bene:
Si ricordi che con QED si intende:

cito:

++

L’elettrodinamica quantistica (o QED, dall’inglese Quantum Electro-Dynamics) è la teoria quantistica del campo elettromagnetico.

La QED descrive tutti i fenomeni che coinvolgono le particelle cariche interagenti per mezzo della forza elettromagnetica, includendo allo stesso tempo la teoria della relatività ristretta. Matematicamente ha la struttura di una teoria di gauge abelianacon un gruppo di gauge U(1); dal punto di vista fisico questo significa che le particelle cariche interagiscono fra loro attraverso lo scambio di bosoni a massa nulla detti fotoni.

È stata definita “il gioiello della fisica” per le predizioni estremamente accurate di quantità come il momento magnetico anomalo del muone e lo spostamento di Lamb-Retherford dei livelli energetici dell’idrogeno.

Storia[modifica | modifica wikitesto]

La prima formulazione di una teoria quantistica descrivente l’interazione fra radiazione e materia è dovuta a Paul Adrien Maurice Dirac, che negli anni venti riuscì per primo a calcolare il coefficiente di emissione spontanea di un atomo[1]. Egli propose la quantizzazione del campo elettromagnetico come se fosse un insieme di oscillatori armonici, introducendo il concetto di operatori di creazione e distruzione di particelle. Negli anni seguenti, grazie ai lavori di Wolfgang Pauli, Eugene Wigner, Pascual Jordan, Werner Heisenberg e ad un’elegante formulazione della teoria da parte di Enrico Fermi, in un lavoro divenuto un classico [2], ci si convinse della possibilità, in linea di principio, del calcolo di qualsiasi processo coinvolgente fotoni e particelle cariche.

Ma i lavori successivi, del 1936 e ’37, di Victor Weisskopf, F. Bloch e A. Nordsieck, evidenziarono come tali calcoli risultassero affidabili solo limitandosi alle approssimazioni al primo ordine della teoria delle perturbazioni; problema peraltro già accennato da Robert Oppenheimer. Agli ordini successivi (dello sviluppo in serie), infatti, comparivano quantità infinite che rendevano i calcoli senza senso, instillando il dubbio sulla fondatezza delle basi stesse della teoria. Sembrava esistere una incompatibilità di fondo tra relatività ristretta e meccanica quantistica e non si intravedeva alcuna via per sanarla.

Le difficoltà si acuirono sul finire degli anni quaranta. Il perfezionamento delle tecniche di indagine con microonde rese possibile misure così precise da evidenziare (1947) un sensibile spostamento, noto come spostamento di Lamb[3], fra i livelli energetici dell’atomo di Idrogeno calcolati e quelli misurati. (In un secondo tempo, nel 1948, anche la misura del momento magneticodell’elettrone[4] evidenzierà discrepanze con i dati previsti dalla teoria).

La prima indicazione di una possibile via di uscita fu elaborata quasi immediatamente da Hans Bethe, di ritorno dalla conferenza di Shelter Island del 1947, nella quale l’anomalia dovuta alla misura di Lamb e Retherford era stata uno degli argomenti principali. Il calcolo che riuscì a completare direttamente in treno, in approssimazione non-relativistica, si accordava con i risultati sperimentali in maniera eccellente. L’artificio per ottenere un valore finito dal calcolo fu attribuire gli infiniti a errate correzioni di grandezze come la massa o la carica elettrica, che in realtà hanno valore finito. In tal modo gli infiniti finiscono riassorbiti in esse e il risultato finale del calcolo è finito e in accordo con gli esperimenti. Tale procedura fu detta

vvvvvvvvvvvvvvvv

rinormalizzazione.

^^^^^^^^^^^^^^^^

Sulla base di questa intuizione fu possibile ottenere formulazioni completamente covarianti e finite dell’elettrodinamica quantistica, grazie ai lavori fondamentali di Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger, Richard Feynman e Freeman Dyson. I primi tre ricevettero il premio Nobel nel 1965 per il loro contributo, che riguardava formulazioni covarianti e gauge-invarianti che permettevano il calcolo delle quantità osservabili. L’equivalenza tra tali formulazioni fu provata da Dyson. La procedura di rinormalizzazione, necessaria per attribuire un senso fisico ad alcune divergenze presenti negli integrali della teoria, divenne successivamente uno degli aspetti essenziali delle teorie quantistiche dei campi e un loro criterio di accettabilità.

++

fonte:

https://it.wikipedia.org/wiki/Elettrodinamica_quantistica

Dunque vi sono gravi problemi di trasformazione dal modello teorico alle evidenze sperimentali, che Tufano attribuisce -come del resto De Broglie- alla natura non episodica del carattere relativistico, ma al fatto che _sempre_ le “particelle” hanno una evidenza duale (onda/particella).

Ma per procedere con calma nell’esame storico di ciò che è stato l’approccio solutivo affidato alla matematica della scuola di Copenaghen procediamo alla lettura del lavoro che stiamo esaminando e di cui ripeto il link:

https://ac.els-cdn.com/S1875389214000194/1-s2.0-S1875389214000194-main.pdf?_tid=2733f89f-6755-4f81-955e-a0d0c34582e5&acdnat=1523880575_3b38c7a5ec47b2c7be48b95008967957

La lettura è molto interessante, poiché evidenzia come la pretesa di potere descrivere gli elettroni come “particelle massive” e i fotoni come “quanti di energia” fornisce un appoggio su funzioni di densità di probabilità di occupare una posizione ed una associata quantità di moto che relazionano le misure empiriche al variare dell’angolo di collisione tra elettroni e fotoni.

Ma mentre nel caso della collisione nell’effetto Compton diretto si può sempre immaginare che una energia(il fotone) sia come un soffio che spinge una vela(l’elettrone) .. come giustificare “fisicamente” che un elettrone possa “spingere” una energia?

Questa a-logica è una delle cause dello scollamento tra indagine logico deduttiva e realismo, che si rifugia nella impostazione “controintuitiva” e le pratiche di ri-normalizzazione!

Nella fisica, noi riteniamo, va anzitutto valutata la eziodinamica: ossia i perché basati sul principio di “causa ed effetto” e la spiegazione deve essere fornita anzitutto in modo semplice affinché CHIUNQUE possa comprendere!

La spiegazione è nel fatto che gli elettroni NON agiscono per la loro parte massiva, o anche detta materica, ma per la loro parte radiativa, o anche detta energetica.

Quindi si compongono con le onde elettromagnetiche dei fotoni NON spingendo la energia grazie alla materia in improbabili “urti” e/o collisioni! ..

BENSI’

.. tramite composizioni di onde di energia (elettromagnetica).

La composizione di onde elettromagnetiche -del resto- non è una cosa nuova, (°) mentre è nuova la pretesa che gli elettroni siano semplicemente particelle massive, laddove già De Broglie trovava un comportamento di tipo onda elettromagnetica proprio associata agli elettroni(*).
(°)
Basterebbe legge le serie di Fourier:
https://it.wikipedia.org/wiki/Serie_di_Fourier

(*)
segue citazione:

++

Nel 1927 G. Davisson e L. Germer applicarono i risultati di De Broglie al caso di elettroni in moto in un campo elettrico: essi pensarono che se agli elettroni in moto era associata un’onda, un fascio di elettroni in moto avrebbe dovuto presentare le proprietà di una “radiazione”; riuscirono a dimostrare ciò sperimentalmente(*) e verificarono l’esattezza della seguente relazione

(10) mr = h/(lambda*v)

(*)
Essi dimostrarono che bombardando un cristallo di nichel con un fascio di elettroni di opportuna energia si ottenevano gli stessi effetti di diffrazione che si ottenevano gli stessi effetti di diffrazione che si ottenevano con raggi X di lunghezza d’onda pari a quella calcolabile mediante la (10) per l’onda associata agli elettroni.

++

fonte:

P. Silvestroni (Volume 1 Ed. Veschi Fondamenti di Chimica)
come risulta dalla foto seguente:

ultima versione:

16 aprile 2018, ore 17.04

 

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