.A new calculation of the electron's self-energy improves determination of fundamental constants

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Starship version space science

.A new calculation of the electron's self-energy improves determination of fundamental constants

전자의 자기 에너지에 대한 새로운 계산으로 기본 상수 결정이 개선되었습니다.

New theory reveals the shape of a single photon

전자의 자기 에너지에 대한 새로운 계산으로 기본 상수 결정이 개선되었습니다.

David Appell, Phys.org 제공 파인만 다이어그램 [(a) 루프 후 루프, (b) 중첩, (c) 중첩]은 2루프 전자 자체 에너지를 나타냅니다. 이중선은 결합 핵장이 있는 전자를 나타냅니다. 물결선은 가상 광자의 교환을 나타냅니다. 출처: Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.251803

2차 세계대전 이후 전자와 광자의 양자장 이론인 양자 전기역학이 개발될 당시, 이론가들이 겪었던 가장 큰 과제 중 하나는 램 이동(Lamb shift) 값을 계산하는 것이었습니다. 램 이동은 전자가 한 수소 초미세 에너지 준위에서 다른 초미세 에너지 준위로 전이할 때 생성되는 광자의 에너지입니다. 이 효과는 1947년 윌리스 램과 로버트 레더퍼드가 처음 발견했는데, 방출된 광자의 주파수는 1,000메가헤르츠로, 광자 파장은 30cm, 에너지는 전자볼트의 4백만분의 1에 해당합니다.

마이크로파 스펙트럼의 바로 아래쪽에 있습니다. 수소 원자의 전자 하나가 2P 1/2 에너지 준위에서 2S 1/2 준위로 전이할 때 발생했습니다. (가장 왼쪽의 숫자는 주요 양자 수로, 보어 원자의 불연속적이지만 증가하는 원형 궤도와 매우 유사합니다.) 기존의 양자 역학에는 그런 전이가 없었고, 디랙의 상대론적 슈뢰딩거 방정식(자연스럽게도 디랙 방정식 이라고 함 )에도 그런 초미세 전이가 없었다. 그 이유는 이런 전이가 진공과의 상호 작용의 결과이고, 디랙의 진공은 실제 입자와 상호 작용하지 않는 '바다'였기 때문이다. 이론가들이 양자 전기역학 (QED) 의 실행 가능한 이론을 만들어내기 위해 노력하면서 램 이동을 예측하는 것은 엄청난 과제였습니다.

QED 계산에는 낮은 에너지와 높은 에너지에서의 발산적분과 특이점과 같은 이론의 뚜렷한 난점이 포함되어 있었기 때문입니다. 1978년 램의 65번째 생일에 프리먼 다이슨은 그에게 이렇게 말했습니다. "램의 변화가 물리학의 중심 주제였던 그 시절은 우리 세대의 모든 물리학자들에게 황금기였습니다. 당신은 이 작은 변화가 측정하기 힘들고 애매한데도 입자와 장에 대한 우리의 생각을 명확히 해줄 것이라는 것을 처음으로 알아차렸습니다." 램 이동과 전자의 비정상적인 자기 모멘트를 정확하게 예측하는 것은 그 이후로 모든 세대의 이론가들에게 도전이었습니다.

이동에 대한 이론적으로 예측된 값은 미세 구조 상수를 백만 분의 1 미만의 불확실성으로 측정할 수 있게 합니다. 이제 Lamb shift 계산의 진화에서 새로운 단계가 독일의 Max Planck Institute for Nuclear Physics의 과학자 3명으로 구성된 그룹에 의해 Physical Review Letters 에 게재 되었습니다 . 정확히 말해서, 그들은 "two-loop" 전자 자체 에너지를 계산했습니다.

자기 에너지는 입자(여기서는 전자)가 주변 환경에서 일으키는 변화의 결과로 갖는 에너지입니다. 예를 들어, 수소 원자의 전자는 핵인 양성자를 끌어당기므로 그 사이의 효과적인 거리가 변합니다. QED는 자체 에너지를 계산하는 처방을 가지고 있으며, 파인만 다이어그램을 통해 가장 쉽습니다. "2루프"는 이 양자 프로세스를 설명하는 파인만 다이어그램 을 말합니다 . 양자 진공에서 전자의 행동에 영향을 미치는 두 개의 가상 광자입니다. 이들은 진공에서 튀어나와 하이젠베르크 불확정성 원리에 의해 설정된 시간보다 짧은 시간 동안 머무른 다음 스핀이 1/2인 1S 전자 상태에 흡수됩니다.

2루프 자체 에너지를 설명하는 것은 램 이동을 설명하는 세 가지 수학적 용어 중 하나이지만, 램 에너지 이동의 결과에 가장 큰 영향을 미치는 주요 문제입니다. 주 저자인 블라디미르 예로킨과 그의 동료들은 수치 계산을 통해 향상된 정밀도를 확인했습니다. 중요한 점은, 핵과의 상호 작용을 나타내는 중요한 매개변수 Zα에서 모든 순서에 대한 2루프 수정을 계산했다는 것입니다. (Z는 핵의 원자 번호입니다. 원자는 여전히 전자가 하나뿐이지만, 일반성을 위해 수소보다 큰 핵이 포함되었습니다. α는 미세 구조 상수입니다.) 계산적으로 어려웠지만, 이 트리오는 전자 자기 에너지에 대한 이전의 2루프 계산에서 상당한 개선을 이루어 수소의 1S-2S 램 이동을 2.5kHz의 주파수 차이로 줄이고 이론적 불확실성을 줄였습니다.

특히, 이는 리드버그 상수의 값을 1조 분의 1로 줄였습니다. 1890년 스웨덴 분광학자 요하네스 리드버그가 도입한 이 숫자는 수소의 분광선에 대한 간단한 방정식에 나타납니다. 리드버그 상수는 물리학에서 가장 정확하게 알려진 상수 중 하나인 기본 상수로, 유효 숫자 12개로 구성되며 이전에는 약 1조 분의 2의 상대적 불확실성이 있었습니다. 전반적으로, 그들은 "이 편지에서 개발된 계산적 접근 방식은 우리가 이 효과의 수치적 정확도를 10배 이상 향상시키고 이전에 가능했던 것보다 더 낮은 핵전하[Z]로 계산을 확장할 수 있게 해주었습니다."라고 썼습니다.

이는 차례로 리드베리 상수에 영향을 미칩니다. 그들의 방법론은 또한 다른 유명한 QED 계산에 영향을 미칩니다. 램 이동에 대한 다른 2루프 보정, 특히 전자와 뮤온의 비정상적인 자기 모멘트 에 대한 2루프 QED 효과 , 이를 "g-인자"라고도 합니다. 현재 뮤온의 g-인자를 정확하게 결정하기 위해 많은 실험적 노력이 진행되고 있으며, 예를 들어 페르미랩의 뮤온 g-2 실험은 표준 모델을 넘어선 물리학으로 가는 길을 가리킬 수 있기 때문입니다.

추가 정보: VA Yerokhin et al, Two-Loop Electron Self-Energy for Low Nuclear Charges, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.251803 저널 정보: Physical Review Letters

https://phys.org/news/2024-12-electron-energy-fundamental-constants.html

C메모 2501061657 소스1.분석중_【】

1.
*전자]의 자기 에너지에 대한 새로운 계산으로 기본 상수 결정이 개선되다.

*]참고로, 광자와 전자의 역할을 알아보자.
광자는 에너지의 패킷이고 전자는 질량이다. 광자는 정지 질량을 가지지 않지만 전자는 정지 질량을 갖는다. 광자는 빛의 속도로 움직일 수 있지만 전자의 경우 빛의 속도를 얻는 것은 이론적으로 불가능하다. 광자는 더 많은 웨이브 속성을 표시하지만 전자는 더 많은 입자 속성을 표시한다.

파인만 다이어그램 [(a) 루프 후 루프, (b) 중첩, (c) 중첩]은 2루프 전자 자체 에너지를 나타낸다. 이중선은 결합 핵장이 있는 전자를 나타낸다. 물결선은 가상 광자의 교환을 나타낸다.

1-1.
2차 세계대전 이후 전자와 광자의 양자장 이론인 양자 전기역학이 개발될 당시, 이론가들이 겪었던 가장 큰 과제 중 하나는 램 이동(Lamb shift) 값을 계산하는 것이었다.

[1-1]램 이동은 전자가 한 수소 초미세 에너지 준위에서 다른 초미세 에너지 준위로 전이할 때 생성되는 광자의 에너지]이다.

_[1-1】(*) 메모2501070350
전자의 에너지 준위는 vix.zz'.liner.area이다. 전자vixxer가 에너지 궤도 xy 준위를 바뀌면 vixer광자 에너지가 zz'가 나타난다. 이런 준위가 2n^2(2n2)의 전자각(궤도)에 전자 갯수의 수용을 나타낸다.

그런데 qpeoms.zz'.orbit에는 발산 함수가 나타난다. 1+0, 1+2,1+2+3,1+2++4...*삼각수 발산급수의 부분합으로 나타난다. (n2+n)/2와 2n2를 각기 미분하면 n+1, n이 되어 원소의 원형 궤도는 ms의 사각형 궤도보다 1의 만큼 늘 작은 발산급수이다. 이는 원소가 제한적인 n의 궤도를 가진다면 ms는 무제한적인 n+1을 가진다. 여기서 우주의 미세상수는 1()이고 그값은 qpeoms이다. 대박!! 물론 나의 방금 2501070430 시각의 주장이다. 허허.
고로, 우주의 미세상수의 에너지 준위의 값은 n+qpeoms(1)이다.

대 대발견! 2501070504
(*)이는 원소가 비로소 qpeoms=1 미세상수를 얻어 msbase 은하를 이루는 우주확장이 확산 되었다.
ㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ

B메모 2501061657 소스1.분석중_【】

*삼각수 n(n+1)/2...
이 방정식은 기원전 6세기 초 피타고라스 학파 에 알려졌다 . 이 형태의 숫자는 정삼각형 으로 배열될 수 있기 때문에 삼각수 라고 한다 .

삼각형 수의 무한 수열은 +∞로 발산하므로 정의에 따라 무한 급수 1 + 2 + 3 + 4 + ⋯ 도 +∞로 발산합니다. 발산은 급수 형태의 간단한 결과이다.

1-2.
이 효과는 1947년 윌리스 램과 로버트 레더퍼드가 처음 발견했는데, 방출된 광자의 주파수는 1,000메가헤르츠로, 광자 파장은 30cm, 에너지는 전자볼트의 4백만분의 1에 해당한다. 마이크로파 스펙트럼의 바로 아래쪽에 있다. 수소 원자의 전자 하나가 2P 1/2 에너지 준위에서 2S 1/2 준위로 전이할 때 발생했다. (가장 왼쪽의 숫자는 주요 양자 수로, 보어 원자의 불연속적이지만 증가하는 원형 궤도와 매우 유사하다.)

기존의 양자 역학에는 그런 전이가 없었고, 디랙의 상대론적 슈뢰딩거 방정식(자연스럽게도 디랙 방정식 이라고 함 )에도 그런 초미세 전이가 없었다. 그 이유는 이런 전이가 진공과의 상호 작용의 결과이고, 디랙의 진공은 실제 입자와 상호 작용하지 않는 '바다'였기 때문이다.

이론가들이 양자 전기역학 (QED) 의 실행 가능한 이론을 만들어내기 위해 노력하면서 램 이동을 예측하는 것은 엄청난 과제였다. QED 계산에는 낮은 에너지와 높은 에너지에서의 발산적분과 특이점과 같은 이론의 뚜렷한 난점이 포함되어 있었기 때문이다.

2.
램 이동과 전자의 비정상적인 자기 모멘트를 정확하게 예측하는 것은 그 이후로 모든 세대의 이론가들에게 도전이었다. 이동에 대한 이론적으로 예측된 값은 미세 구조 상수를 백만 분의 1 미만의 불확실성으로 측정할 수 있게 한다.

그들은 "two-loop" 전자 자체 에너지를 계산했다.

[2]자기 에너지는 입자(여기서는 전자)가 주변 환경에서 일으키는 변화의 결과로 갖는 에너지]이다. 예를 들어, 수소 원자의 전자는 핵인 양성자를 끌어당기므로 그 사이의 효과적인 거리가 변한다.

_[2】개체의 개입 에너지는 주변 환경에 동기화한 동일한 값이다. 그런데 주변환경 때문에 자신이 값이 알 수없게 변하는 것은 banc 현상이다. 이것은 전체가 부분에 영향을 준 결과이고 부분이 전체에 변화를 일르켰다면 임금이거나 키맨이다. 그러나 그런 개체 전자는 희소성을 가지기에 전체에 영향을 줄수도 있다.

전자 구름이 양성자을 끌어 당김은 원의 전자층이 양성자를 불확정성 방향으로 끌어당기는 모습이면,
circle. 다이어그램 mode에서 square.qpeoms mode로 전화하여 설명하면 굿굳이다. 으음.

양성자의 모습은 zz'.vix의 역할일 수 있다. 여기서 sidems.xy는 circle mode에서의 현으로 두개의 2xy쌍이 생기여 square.zz' 양성자 벡터(램 이동:Lamb shift)가 웨이브 처럼 반응하고,
xy 전자층 스칼라량이 입자로 반응()하는 구도로 보일 수 있다.
이는 서로 같은 짝으로 인식하려는 lamb shift의 반응현상이 circle이나 square의 msside.form을 형성한거다. 어허.

그리고 양성자 입자는 zsp(msbase.mcll)이거나 tsp(sms.qvix.qcll)일 수도 있다. 어허. 물론 그들은 웨이브처럼 linering.vector 행동을 전자의 웨이브를 찾아 짝짓기 zz'.linear로 대쉬하려든다. 허허. 그래서 zz'는 실제의 웨이브가 아니고 그 위치가 존재하는 입자성 vixer이다. 양성자가 전자에게 다가가는 실제의 위치가 vixer.line(*)이다. 대박!! 방금 발견 (memo 2501070417) 어허!

아무튼 양자 전기역학 (QED)에 orms와 sims가
양성자 입자패깃(+전하)=광자 에너지 패깃 ,
전자 입자패깃(마이너스 전하)=전자 *궤도() 에너지 패깃
전자각 궤도가 바로 에너지 패깃이고 vix 광자들의 위치들이다. 어허. 대박!

"two-loop" 전자 자체 에너지가 바로 vixer 값??이였어..!!!허허. 대박!! 으음. 글쎄다. 좀더 알아는 봐야...

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C memo 2501061657 Source 1. Analysis_【】

1.
*Electron]'s new calculation of self-energy improves the determination of fundamental constants.

*]For reference, let's look at the roles of photons and electrons.
A photon is a packet of energy and an electron is mass. A photon does not have rest mass, but an electron does. A photon can move at the speed of light, but it is theoretically impossible for an electron to achieve the speed of light. A photon exhibits more wave properties, but an electron exhibits more particle properties.

The Feynman diagram [(a) loop after loop, (b) superposition, (c) superposition] shows the self-energy of a two-loop electron. The double line shows an electron with a bound nuclear field. The wavy line shows the exchange of virtual photons.

1-1. When quantum electrodynamics, the quantum field theory of electrons and photons, was developed after World War II, one of the biggest challenges faced by theorists was calculating the Lamb shift value.

[1-1] Lamb shift is the energy of a photon generated when an electron transitions from one hydrogen hyperfine energy level to another hyperfine energy level.

_[1-1】(*) Memo 2501070350
The energy level of an electron is vix.zz'.liner.area. When an electron vixxer changes its energy orbital xy level, the vixer photon energy appears as zz'. This level represents the number of electrons accommodated in an electron shell (orbit) of 2n^2 (2n2).

However, a divergence function appears in qpeoms.zz'.orbit. It appears as a partial sum of a trigonometric divergence series: 1+0, 1+2,1+2+3,1+2++4...*. Differentiating (n2+n)/2 and 2n2 respectively gives n+1, n, so the circular orbit of the element is a divergent series that is always smaller by 1 than the rectangular orbit of ms. This means that if the element has a limited orbit of n, ms has an unlimited n+1. Here, the fine constant of the universe is 1() and its value is qpeoms. Awesome!! Of course, this is my argument from 2501070430 just now. Hehe.
Therefore, the value of the energy level of the fine constant of the universe is n+qpeoms(1).

What a discovery! 2501070504
(*) This is the expansion of the universe that formed the msbase galaxy by obtaining the fine constant qpeoms=1 for the first time. ㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ

B Memo 2501061657 Source 1. Analysis_【】

* Triangular number n(n+1)/2...
This equation was known to the Pythagorean school in the early 6th century BC. Numbers of this form are called triangular numbers because they can be arranged in equilateral triangles.

Since the infinite sequence of triangular numbers diverges to +∞, by definition the infinite series 1 + 2 + 3 + 4 + ⋯ also diverges to +∞. Divergence is a simple consequence of the series form.

1-2.
This effect was first discovered in 1947 by Willis Lamb and Robert Retherford. The frequency of the emitted photon is 1,000 MHz, the photon wavelength is 30 cm, and the energy is 1/4 millionth of an electron volt. It is just below the microwave spectrum. It occurs when an electron of a hydrogen atom makes a transition from the 2P 1/2 energy level to the 2S 1/2 level. (The leftmost number is the principal quantum number, very similar to the discrete but increasing circular orbit of the Bohr atom.)

There was no such transition in conventional quantum mechanics, and Dirac's relativistic Schrödinger equation (naturally known as the Dirac equation) did not have such a hyperfine transition. The reason is that such a transition is the result of an interaction with the vacuum, and Dirac's vacuum was a 'sea' that did not interact with real particles.

Predicting the Lamb shift was a formidable challenge for theorists as they worked to create a viable theory of quantum electrodynamics (QED). QED calculations included significant theoretical difficulties, such as divergence integrals and singularities at low and high energies.

2.
Predicting accurately the Lamb shift and the anomalous magnetic moment of the electron has been a challenge for every generation of theorists since. The theoretically predicted value for the movement allows the fine-structure constant to be measured with an uncertainty of less than one part per million.

They calculated the self-energy of the "two-loop" electron.

[2]Self-energy is the energy that a particle (in this case an electron) has as a result of a change in its surroundings. For example, the electron of a hydrogen atom attracts the proton, which is the nucleus, so the effective distance between them changes.

_[2]The intervention energy of an entity is the same value synchronized with its surroundings. However, the banc phenomenon is when its value changes inexplicably due to its surroundings. This is the result of the whole affecting its parts, and if the parts cause changes in the whole, it is a wage or a keyman. However, such an individual electron can affect the whole because it is rare.

The electron cloud attracts the proton, which is the shape of the electron layer of a circle attracting the proton in the direction of uncertainty,
If we change the diagram mode from circle. to square.qpeoms mode, it is good to explain. Hmm.

The shape of the proton can be the role of zz'.vix. Here, sidems.xy is the current in the circle mode, and two 2xy pairs are created, so that the square.zz' proton vector (Lamb shift) reacts like a wave, and the xy electron layer scalar reacts like a particle.
This is the reaction phenomenon of the lamb shift trying to recognize each other as the same pair, forming the msside.form of the circle or square. Oh my.

And the proton particle can be zsp(msbase.mcll) or tsp(sms.qvix.qcll). Oh my. Of course, they try to find the electron wave and pair it with zz'.linear by acting like a wave. Hehe. So zz' is not an actual wave, but a particle-like vixer whose position exists. The actual position where the proton approaches the electron is vixer.line(*). Awesome!! Just found it (memo 2501070417) Oh my!

Anyway, in quantum electrodynamics (QED), orms and sims
proton particle packet (+ charge) = photon energy packet,
electron particle packet (- charge) = electron *orbital() energy packet
Electron orbitals are energy packets and the positions of vix photons. Oh my. Awesome!

The "two-loop" electron's own energy is the vixer value?? Hehe. Awesome!! Hmm. Well. I guess I have to find out more...