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Elementarkörper basierende Betrachtungen zur Natur des Elektrons

Es wird vorausgesetzt, daß sowohl die Masse-Radius-Konstanz elementarer Körper, formal ausgedrückt durch die  Masse-Radius-Konstantengleichung [F1], sowie die Elementarkörperdynamik, siehe exemplarisch das Kapitel Elementarkörper, bekannt sind.

Elektronenradius

Es ist bzw. war eine spannende Frage, warum Teilchenphysiker glauben und messen, daß das Elektron einen Radius kleiner als 10 ^-19 [m] besitzt und theoretisch als »Punkt ohne Struktur« behandelt werden kann. U.a. auf Grund der theorieinduzierten Mißverständnisse und Falschpostulate zur Phänomenologie und (Nicht-)Existenz des massegekoppelten Elektronenradius, ausgehend vom Standardmodell der Teilchenphysik, wird die Existenz und Bedeutung des Elektronenmasse inhärenten Elektronenradius r_e ausführlich auch in einem eigenen Kapitel detailliert erörtert.

Vorbetrachtungen

Die Selbstverständlichkeit, daß die Wegstrecke auf einer Kugeloberfläche nicht der "geradlinigen" Entfernung zwischen den Punkten A und B entspricht, bedarf keiner Abstraktion.

Daraus ergibt sich Elementarkörper basierend anschaulich die Compton-Wellenlänge λ_C als Masse-Äquivalent. 

Aus dieser Betrachtung folgen "geometrisch" massespezifische Radien (λ_C→r₀). Die Frage, wie "(werte-)sicher" die mit den comptonwellenlängen-assoziierten (Ruhe-)Massen inhärenten (Ruhe-)Radien (r₀(m₀)) sind, ist "leicht" zu beantworten: Comptonwellenlängen sind (auch) Meßgrössen.  [ CODATA-λ_C(Proton)  CODATA-λ_C(Elektron) ]

Begriff der elektrischen Ladung

Elektrische Ladung ist ein Sekundärbegriff der herrschenden Physik, der eine von der Masse (und dem Radius) des Ladungsträgers abgekoppelte "phänomenologische Entität" suggeriert. Elementarkörpertheorie basierend sind jedoch alle Ladungswechselwirkungen anschaulich auf Masse-Radius-Kopplungen zurückzuführen. Elektrische Ladungen im Elementarkörper-Denkmodell kommen als Resultat der Masse-Radius-Kopplung bequemerweise nur implizit über Funktionen der Sommerfeldschen Feinstrukturkonstanten α vor und führen zu näherungsfreien, formal-analytischen (einfachen) Gleichungen, mit denen sich beispielsweise die Grundzustandsenergie des Wasserstoffatoms, die Masse des Neutrons aus einer Proton-Elektron-Wechselwirkung, die Schwerpunktenergie der Proton-Antiproton-Kollision usw. berechnen lassen.

Sommerfeldsche Feinstrukturkonstante

Konsequenterweise wird die Feinstrukturkonstante α Elementarkörpertheorie basierend energetisch bestimmt. Sie ergibt sich aus dem Vergleich von Gesamt-Energie (Elementarkörperladung q₀ als (Funktion des) Radius-Masse-Äquivalent) und elektrischer Energie mittels der elektrischen Elementarladung e. Hier ist zu bemerken, daß quantitativ nicht α sondern α/4 das "Maß der Dinge" ist.

Vergleich: Elementarkörpertheorie und "herrschende Physik"

und "Herkunft/Bedeutung" der Sommerfeldschen Feinstrukturkonstanten α

f₇ wurde eingeführt, um suggestiv zu verdeutlichen, daß es sich bei der [Elementarkörper-]Ladung ("nur") um eine skalierte Masse-Radius-Funktion handelt. Banalerweise ist f₇ auch numerisch (1·10⁷) einfacher zu merken als der Wert der Dielektrizitätskonstanten. Die Frage nach der Herkunft und Bedeutung der Sommerfeldschen Feinstrukturkonstanten führt zur elektrischen Elementarladung. α ist somit nur eine sekundäre Grösse, die aus der elektrischen Elementarladung "entstammt".

Bedingt durch die Konstruktion der Masse-Radius-Konstanten-Gleichung mittels Compton-Wellenlänge "genügen" (alle) Photonen der Masse-Radius-Konstanten-Gleichung [F1]. Die Masse-Radius-Konstanten-Gleichung bildet das gesamte Strahlungsspektrum ab. Auch das Elektron lässt sich als Elementarkörper mit einem Elektronenmasse m_e inhärenten Elektronen-Ruhe-Radius r_e "erfassen". In dem Zusammenhang sind nicht die "typischen" energieabhängigen Elektronenradien kleiner als 10^-19 [m] in Verbindung mit Teilchenbeschleunigern "falsch" gemessen, sondern die von der Elementarteilchenphysik resultierenden Schlußfolgerungen bezüglich ruhender Elektronen. Die Elementarkörpertheorie „beschreibt“ konsistent sowohl das Verhalten bei „konventionellen“ Streu-Energien der Streu-Partner des Elektrons als auch hochenergetisch im Teilchenbeschleuniger. In dem Zusammenhang gibt es die größten emotionalen Ausbrüche und eine methodische Plausibilitäts-Verweigerung der Standardphysiker und deren Anhänger.  

Der differentielle Streuquerschnitt dσ/dΩ nimmt für Elektronen stets die Gestalt dσ/dΩ = (e²/m_e4πε₀c²)² · f_W an, wobei der funktionale Zusammenhang f_W die spezifische Art der Streuung angibt. Details zu f_W finden sich exemplarisch zu den jeweiligen "Streugleichungen".

Das Verständigungs-Problem der herrschenden Physik bezüglich des (ungeliebten) klassischen Elektronenradius r_e(kl) löst sich auf, wenn man den wiederkehrenden Term (e²/m_e4πε₀c²) masse-radius-gekoppelt-energetisch analysiert. Letztendlich besteht die Beziehung (e²/m_e4πε₀c²) aus dem Verhältnis: elektrischer Energie zu Gesamtenergie (α/4)  und dem Elektronenmasse inhärenten Elektronenradius r_e, der multipliziert mit π/2 der Comptonwellenlänge des Elektrons entspricht (λ_e =  r_e · π/2).

Zur Erinnerung:  Was ist eine physikalische Gleichung?

Eine physikalische Gleichung besteht aus maßgebenden Größen (Ladung, Masse, Radius,...), möglicherweise Naturkonstanten, Koeffizienten und Rechenvorschriften. Der Sinn einer physikalischen Gleichung besteht darin, in Abhängigkeit der vorkommenden Gleichungsbestandteile eine qualitative und quantitative Aussage zu treffen. Nun zu behaupten der klassische Elektronenradius r_e(klassisch), respektive der Elektronenmasse inhärente Elektronenradius r_e käme zwar in allen Gleichungen zur Streuung an Elektronen vor (Ausnahme Teilchenbeschleuniger), hätte aber keine "maßgebende" Bedeutung, sondern sei nichts weiter als eine Rechengrösse ist irreal und interdisziplinär grotesk. Der klassische Elektronenradius ist keine abstrakte Rechengrösse, sondern der - bedingt durch das Verhältnis von elektrischer Energie zur Ruhe-Energie des Elektrons - skalierte Wechselwirkungsradius, der ausnahmslos bei allen Streu-Experimenten an Elektronen in Erscheinung tritt, auch im Teilchenbeschleuniger.

Compton-Streuung - exemplarisch zur Verdeutlichung

Wie bereits erwähnt, war es eine spannende Frage, warum Teilchenphysiker, die grundsätzlich "relativistisch-bewegte" Elektronen in die Messung "schicken", glauben zu messen, daß auch das ruhende Elektron einen Radius kleiner als 10 ^-19 [m] besitzt und theoretisch als »Punkt ohne Struktur« behandelt werden kann. Der vermeintliche Widerspruch zwischen experimenteller Wirklichkeit des Elektronenradius (Stichworte: Møller-Streuung, Bethe-Bloch-Sternheimer-, Klein-Nishina-Gleichung, Kramers-Heisenberg-Formel, Compton-Streuung, Elektron-Positron-Paarbildung, Photoelektrischer Effekt) und "Teilchenbeschleuniger-Befund", resultierend aus dem quantenfeldtheoriebasierenden Standardmodells der Teilchenphysik (SM), basiert auf einer fatalen Fehlinterpretation, respektive Extrapolation der SRT, wie folgend gezeigt wird.

Für das grundsätzliche Verständnis des Elektronenmasse inhärenten Elektronenradius und dessen schwerpunkts-geschwindigkeitsabhängige radialsymmetrische Verkleinerung sind die folgenden allgemeinen Elementarkörpereigenschaften evident.

Dynamische "relativistische" Faktoren

[Historischer] Hintergrund

Das Verständigungs- und Interpretations-Problem begann bzw. beginnt - wie so oft - mit einem Realphysik befreiten Formalismus. Die beobachtbare Invarianz der (Vakuum-)Lichtgeschwindigkeit ist keineswegs "direkt" mit der Speziellen Relativitätstheorie (SRT) verbunden, wie suggeriert wird. Das historisch viel zitierte Michelson-Morley-Experiment war eindimensional konzipiert und sagt gar nichts über Masse behaftete Teilchen im Sinne der herrschenden Physik  aus und behandelt auch keine transversalen Komponenten. Die mathematische Invarianz der transversalen Komponenten ist lediglich eine formale Konsequenz der geradlinig gleichförmig bewegten Beobachter bezüglich kräftefreier Teilchen in einem mathematischen Denkmodell. Mit anderen Worten, daß gesamte Konstrukt der Lorentztransformation(en) ist an Inertialsysteme gebunden. Phänomenologisch sagt die SRT schlicht nichts über die Invarianz der Lichtgeschwindigkeit.

Mit anderen Worten: Bevor hier Mißverständnisse aufkommen. Es wird nicht behauptet, das die Mathematik der Relativitätstheorie falsch ist. Wie könnte auch eine axiomatisch begründete These falsch sein? Doch das mathematische Konstrukt besitzt - außer der zu Grunde liegenden beobachtbaren Invarianz der [Vakuum-]Lichtgeschwindigkeit - keine realphysikalische Basis. Es existieren zwar Beobachtungen aber es existiert schlicht keine Phänomenologie zur Mathematik der SRT. Die inertialsystembehaftete »Relativität der Beobachter« ist eine "heikle Sache", da es in der Natur nur dann zu messbaren Systemänderungen kommt, wenn Energie ausgetauscht wird. Energieaustausch bedeutet aber grundsätzlich, daß "Kräfte" wirkten oder weniger mystisch ausgedrückt, daß Beschleunigungen auftraten. Mit der Beschleunigung "verabschiedet" sich das Inertialsystem und folgerichtig gleichfalls die Lorentztransformationen. Die Mathematik der SRT ist nicht falsch sondern schon "per Definition" nicht dynamisch.

Physik bedeutet Wechselwirkung und Energieaustausch. Koordinatensysteme und Koordinatentransformationen "sind" keine physikalischen Vorgänge, sondern Mathematik. Es wird nicht geklärt, wie die Energiedifferenz und die „Struktur der Energiespeicherung“ über Koordinatentransformationen erzeugt wird oder „verschwindet“.

Der methodische Irrtum des Standardmodells

Im wahrsten Sinne des Wortes ist ein Teilchenbeschleuniger das von Menschenhand energetisch dimensionsgrößte Nichtinertialsystem. Dort gilt die Lorentztransformation der SRT nicht. Auch das Relativitätsprinzip gilt nicht für einen Teilchenbeschleuniger. Die kontinuierlich beschleunigten Teilchen - gleichgültig welcher Art - und deren beschleunigte Bezugssysteme - zur formalen Beschreibung -  sind eindeutig von dem Beschleunigersystem unterscheidbar. Die zugeführte Energie, die sich durch die vergrößerte Gesamtenergie der Teilchen manifestiert lässt sicht nicht mit der Lorentztransformation beschreiben, da die „Relativität“ unmissverständlich an Inertialsysteme gebunden wäre. Wer nun - mit oder ohne akademischen Grad - glaubt, daß sich in Ermangelung eines bekannten Formalismus bequemerweise die Lorentztransformation für einen Teilchenbeschleuniger anwenden lässt und zu einer eindimensionalen Längenkontraktion sowie zu einer zeitgleichen „relativen“ Massenvergrößerung der beschleunigten Teilchen führt, unterliegt (s)einer naiven Dekadenz. Oder wie sollte man es „anders“ ausdrücken, wenn eine axiomatische Wirklichkeit nach Belieben ausgeblendet wird?

Realphysikalisches Ergebnis der Elementarkörpertheorie: Beschleunigte, hochenergetische Teilchen, in Beschleunigern meist Protonen und Elektronen, ändern auf Grund der zugeführten Energie radialsymmetrisch ihre Masse-Radius-Verhältnisse. Das bedeutet: Sie werden mit zunehmender Geschwindigkeit masse-schwerer und proportional radius-kleiner. Die Wirkungsquerschnitte werden mit r², respektive mit 1/m² kleiner.

Es wird Raum-Energie in masse-abhängige Energie transformiert. Die innere Energie des Teilchens aus Masse- und Raum-Energie ändert sich nicht! Dies wird eindrucksvoll durch die Ladungsinvarianz aufgezeigt. Da die Ladung "nichts weiter" als das skalierte Produkt aus Masse und Radius ist. Die SRT suggeriert, daß sich die innere Energie in Abhängigkeit der (Relativ-)Geschwindigkeit ändert, diese Annahme ist falsch. Es ändert sich "lediglich" das Verhältnis von masse-abhängiger Energie und Raum-Energie, die Summe dieser beiden Energien ist stets konstant. Geschwindigkeitsänderungen liegen Beschleunigungen zu Grunde. Werden geladene Teilchen beschleunigt, so wird kontinuierlich Strahlung freigesetzt. Warum ist das so?

Plausibilitätsbetrachtungen zur Strahlung beschleunigter Ladungen

Jede Schwerpunkt-Geschwindigkeitsänderung beruht letztendlich auf Beschleunigung. Die Idee der Eigen-Strahlung auf Grund einer Schwerpunkts-Beschleunigung ist generell irreführend, denn Elektronen, Protonen und allgemein Ionen werden ja durch elektrische, magnetische, respektive entsprechende „Wechselfelder“ beschleunigt. Für die einzelne Ladung stellt das Beschleunigersystem ein unendlich großes Energie-Reservoir dar. Das bedeutet, durch die Energiezufuhr wird das innere Verhältnis von Raum-Energie zur Masse-Energie radialsymmetrisch verändert, es kommt des Weiteren zu einer Schwerpunktsbewegung und ein Teil der zugeführten Energie wird wieder in Form von Strahlung abgestrahlt. Die vermeintlich von der Ladung abgestrahlte Energie gehörte nicht zur unbeschleunigten Ladung, sondern zum Beschleunigersystem mit unendlich großem Energie-Reservoir. Die Ladung teilt sozusagen als „Mittler“ die zugeführte äußere Energie in Bewegungsenergie und Strahlungs-Energie auf und „erleidet“ eine im Vergleich zum unbeschleunigten „Teilchen“ innere Umgestaltung, salopp formuliert wird es radialsymmetrisch zusammengedrückt und schwerpunkt-bewegt. Auf Grund des praktisch unendlich großen Energiereservoirs des Beschleunigersystems, lässt sich keine Energiebilanz erstellen. Somit ist die Phänomenologie des Vorgangs alles andere als geklärt. Auf die resultierenden Ergebnisse im Sinne des Missverständnisses über die Größenverhältnisse, hat die fehlende Phänomenologie der Strahlung jedoch keinen Einfluß.

Beispiel: Ein Elektron, welches in einem Beschleuniger mit einer Energie von 28 [GeV] ausgestattet ist, besitzt gemäß Masse-Radius-Konstanten-Gleichung [F1] "noch" einen Radius von ≈ 2,8 10^-17 [m]. Bringt man nun dieses Elektron zur Kollision mit einem Proton mit einer Energie von 920 [GeV], was einen Protonenradius von ca. 8,6 10^-19 [m] zur Folge hat, dann erscheint den Theoretischen Physikern des Standardmodells die Situation wie folgt: Im Standardmodell ist der Protonenradius konstant ≈ 0.84* fm in Bewegungsrichtung. Somit scheint das Elektron keinen Radius, bzw. einen Radius kleiner als 10^-19 [m], zu besitzen. Die Elektronen streuen im Innenbereich des Protons und vermitteln eine Substruktur. So wurden und werden Quarks und Gluonen geboren. Doch diese Geburten sind nichts weiter als Quantenfeld theoriebeladene Artefakte einer inkonsistenten, Realphysik befreiten Wünsch-Dir-Was-Theorie. Obige Energiewerte sind "übliche" Elektron-Proton-Kollisions-Energien.

* Das offensichtlich der (Ladungs-)Radius des Protons gar nicht mit in die Berechnungen der Kollisionsauswertungen eingeht, lässt sich daran ablesen, daß in Bezug auf den 4,4% kleineren Protonenradius [ http://www.psi.ch/media/weiter-raetsel-um-das-proton ] realphysikalisch die Wirkungsquerschnitte - im (radius-statischen) Bild des Standardmodells - für das Proton entsprechend ( 0,956² = 0,913936 ) kleiner sein müssten.

In der masse-radius-gekoppelten Realität sind also die Proton-Streuzentren mit Wirkungsquerschnitten kleiner als der Wirkungsquerschnitt des Protons - die theorieinduziert als (Quark-Gluonen)-Substruktur interpretiert werden - die radialsymmetrisch radius-verkleinerten Protonen selbst. Analoges gilt für hochenergetische Elektronen. Nur hier führt das etablierte Denkschema dazu, daß man den Elektronen per Postulat keine Substruktur geben möchte, im Resultat „erleiden“ Elektronen gemäß Standardmodell der Teilchenphysik (SM) dann die phänomenologisch sinnleere Punktverarmung von Masse und elektrischer Ladung. Die daraus resultierenden Divergenzen sind „punktveramungs-inhärent“. Resultierende Unendlichkeiten der Masse-, Ladungs- und Energiedichte werden sodann mittels aufwendigen, mathematisch-axiomatisch „bedenklichen“ Neukonstruktionen – Stichworte Renormierung und Regularisierung – mit eigens für dieses Problem konstruierten, kompensatorisch wirkenden (negativen) Unendlichkeiten zum Verschwinden gebracht.

Zur Erinnerung: Außerhalb des "Interpretationsspielraumes" des Teilchenbeschleunigers kommt der Elektronenmasse inhärente Elektronenradius r_e, respektive der klassische Elektronenradius r_e(klassisch)  ( =  ( α/4) r_e), in allen (!) verwendeten Gleichungen zur Berechnung der Streuquerschnitte bei elastischen und inelastischen Streuungen an Elektronen vor (Stichworte: Møller-Streuung, Compton-Streuung, Elektron-Positron-Paarbildung, Photoelektrischer Effekt, Klein-Nishina-Gleichung, Bethe-Bloch-Sternheimer-Gleichung) und steht in einem phänomenologischen Zusammenhang mit der Comptonwellenlänge (des Elektrons). Nicht die "typischen" energieabhängigen Elektronenradien kleiner als 10^-19 [m] in Verbindung mit Teilchenbeschleunigern sind "falsch", sondern die von der Elementarteilchenphysik resultierenden Schlußfolgerungen bezüglich ruhender Elektronen.

Es gibt keine Energie, die nicht an Masse (und über die Radius-Masse-Kopplung inhärent an Raum) gekoppelt ist. Die relativistische Massenzunahme in Abhängigkeit der Geschwindigkeit ist ein Indiz für die verkörperte Energie. Denn die Zunahme der kinetischen Energie führt unter Annahme einer Masse behafteten Energie-Verkörperung dazu, daß die zur kinetischen Energie äquivalente Masse nun mitbewegt werden muß. Das bedeutet: Mit Zunahme der kinetischen Energie wächst auch die Gesamtmasse resultierend aus Ruhe-Energie und kinetischer Energie.

Merke: Nicht die mathematisch formulierten Lorentztransformationen sind falsch, sondern die Interpretation und Extrapolation auf masse-behaftete Realkörper. Es kommt nicht zu einer eindimensionalen Längenkontraktion eines real existierenden "Teilchens", sondern gemäß γ_dyn zu einer energetisch begründeten isotropen Kontraktion, die durch eine proportionale Massenzunahme "innerenergetisch" kompensiert wird. Es ändert sich "lediglich" das Verhältnis von masseabhängiger Energie und radiusabhängiger  Raum-Energie. Die Summe dieser beiden Energien ist stets konstant. Sowohl die betragsmäßige Ladungsgleichheit unterschiedlicher Ladungsträger sowie die Ladungsinvarianz bestätigen experimentell diesen Sachverhalt.

Magnetisches Moment des Elektrons

Der (quantenmechanische) Spin ist allgemein keine Meßgrösse und wurde im Rahmen quantenmechanischer, respektive quantenfeldtheoretischer Betrachtungen als Spinquantenzahl zur Beschreibung des magnetischen Momentes eingeführt. Eine ausführliche Diskussion mit überraschenden Ergebnissen finden sich im Kapitel Spin & Magnetische Momente. Wenn man von dem experimentellen Wert des magnetischen Momentes des Protons den "theoretischen" Erwartungswert (Gleichung [μintm]) subtrahiert und diese Differenz mit dem experimentellen Wert des magnetischen Moments des Elektrons minus den theoretischen Wert des magnetischen Moments des Elektrons vergleicht, stellt man fest, daß diese "größenordnungs-ähnlich" (1/1.18) sind.

∆μ (p)   =  1,41061e-26 J/T    -    5,0507837e-27  J/T                 ~  9,0553e-27  J/T  

           ∆μ(e)    =  9,28477e-24 J/T          -  9,27401e-24      J/T      ~   1,075463e-26  J/T  

∆μ(e) / ∆μ (p)   ~ 1,18

Mit anderen Worten: "Verkörpert" man das magnetische Feld in einer "energetischen Analogie" so resultieren das messtechnisch erfasste magnetische Moment des Protons und des Elektrons aus der jeweiligen energetischen Überlagerung mit dem Magnetfeld. Das Magnetfeld selbst als „Energiegeber“ ist in Wechselwirkung mit Elektron und Proton und liefert einen "teilchenspezifischen" Beitrag in der Größenordnung von 1e-26 Joule/Tesla zum gemessenen magnetischen Moment. Das bedeutet: Der ganze mathematische QFT-Zauber um vermeintlich anomale (intrinsische) magnetische Momente und deren Korrekturen sind theorieinduziert, oder schlichter formuliert - im wahrsten Sinne des Wortes - gegenstandslos. Des Weiteren folgt daraus: Das experimentell bestimmte magnetische Moment des Protons ist nunmehr ohne Substruktur plausibel.

Vorliegende experimentell gestützte Analyse demontiert die Annahme substrukturierter Protonen und Neutronen.

Eine ausführliche u.a. zahlenanalytische Bestandsaufnahme magnetischer Momente und ein Standardmodell-alternativer Ansatz werden im separaten Kapitel Betrachtungen zur Anatomie anomaler magnetischer Momente vorgestellt.

Am Beispiel der magnetischen Momente wird deutlich, wie fatal sich falsche (Substruktur-)Annahmen auf die Entwicklung der Grundlagen-Physik auswirk(t)en. Im Ergebnis ist das SM am Ende und wir stehen wieder am Anfang. Es galt und gilt die Phänomenologie und Wechselwirkung des „Feldes“ denkmodell-plausibel zu gestalten, bevor eine Formalisierung erfolgt.