Картинки неудачные, хотя и как-то иллюстрирующие описания в заметке, но я компьютерной графикой не владею и программ для этого у меня тоже нет.
Верхняя - частицы "соседствуют", вращаясь и притягиваются друг к другу магнитно.
Нижняя - лобовое, фронтальное сближение частиц с противоположными магнитными моментами и поэтому отталкиваются друг от друга.
Увы, заметка хоть и популярная, но сугубо физическая и требующая знания некоторых общих моментов физики.
Приношу свои искренние извинения читателям, незнакомым с ними! Тем паче, что здесь много моих домыслов и гипотез, которые, тем не менее, представляются мне достаточно разумными и адекватными реальности
Я всегда готов более просто и популярно объяснить и ответить на вопросы, если таковые появятся и если смогу.
Предисловие и оно же послесловие к предыдущей заметке "Проблемы спина и магнитного момента частиц".
Такие заряженныз растянутые капли из-за своего вращения должны терять энергию вращения, излучая в плоскости своего экватора электромагнитные волны. На это есть несколько возможных ответов.
Да, они излучют волны в электромагнитное пространство и оттуда получают такую же "подпитку", то есть долговечные частицы долговечны не "сами по себе", а за счёт динамического энергетического равновесия с пространством: Сколько теряют, столько же и получают обратно. А те частиц, которые такого "делать не умеют" - распадаются!
Вообще, любое неравноускоренное изменение напряжённости электрического поля (третья производная по времени от электрической индукции "D") или ускоренное изменения напряжённости магнитного поля (Вторая производная по времени от магнитной индукции "В") вызывают электромагнитное излучение. Так что любой провод с постоянным током должен излучать электромагнитные волны из-за флюктуаций плотности дрефующего электронного облака, вызванных "рассеянием" электронов на фононах и примесных дефектах решётки. Или же как "Шум" в электронных лампах, или при намагничивании и размагничивении любых ферромагнетиков, из-за скачкообразных изменений ориентации спинов электронов в доменах. Об этом почему-то ни в одном ВУЗовском учебнике не говорится, но от умалчивания объективный физический эффект не исчезнет!
Другой ответ (по Нильсу Бору) - это тоже вращение по "стационарным орбитам вокруг собственной оси". Стационарным - значит неизлучающим.
Третий ответ, что вообще никакого спина нет. А магнитный момент создаётся существованием самой электрической сущности, как-то пульсирующей и тем создающей магнитное поле.
Первые два ответа представляются мне более правдоподобными, нежели третий.
Перехожу к сути заметки.
Различные комбинации заряда, спина и магнитного момента частиц.
Пара электронов.
Первый вариант.
Соседствующие электроны. Левый электрон вращается слева направо, против часовой стрелки, если смотреть сверху. Его механический момент инерции (спин) направлен вверх, но магнитный момент из-за отрицательного заряда электрона направлен вниз.
Правый электрон вращается справа налево, по часовой стрелке, если смотреть сверху. Его механический момент инерции (спин) направлен вниз, но из-за отрицательного заряда электрона магнитный момент направлен вверх.
При таком взаимном расположении оба электрона представляют собой два элементарных магнитика, у которых полюсы разнонаправлены и поэтому, они будут притягиваться друг к другу, как два полосовых магнита с противоположно направленными полюсами, при том, что из-за одинакового знака зарядов они будут электрически отталкиваться. (А)
Если "столкнуть их фронтально", и их векторы спина и магнитного момента расположатся НА ОДНОЙ ОСИ, то в этом случае они будут и электрически и магнитно отталкиваться. (В)
У такой пары суммарный спин равен нулю, магнитный момент равен нулю, а заряд вдвое больше.
Второй вариант
В случае, если направления спинов обоих электронов одинаковы, то при расположении "бок о бок, рядом", как на рисунке, они будут отталкиваться и электрически и магнитно. Два магнитика с близкорасположенными одноимёнными полюсами. (А)
А при фронтальном сближении - притягиваться магнитно и отталкиваться электрически. (В)
У такой пары суммарный спин спин равен единице, а магнитные моменты и электрические заряды тоже сложатся. То есть и заряд и магнитный момент пары будут вдвое больше, чем у одиночного электрона.
Вариант третий.
Электрон и позитрон с противонаправленными спинами, то есть с противоположно направленными векторами механического момента инерции.
В этом случае из-за различия в знаке заряда их магнитные моменты будут направлены одинаково. Значит при расположении "бок о бок", они будут магнитно отталкиваться, но электрически - притягиваться. (А)
В случае их фронтального сближения, они будут притягиваться и электрически и магнитно. (В)
У такой пары суммарный спин будет равен нулю, магнитный момент будет вдвое больше, чем у одной частицы, а заряд - нуль.
Вариант четвёртый.
Электрон и позитрон имеют однонаправленные спины, то есть векторы их мханического момента инерции совпадают по направлению, а магнитные моменты - разнонаправлены.
Тогда, при их расположении "бок о бок" они будут представлять собой два магнитика с разнознаковыми полюсами поэтому они будут и магнитно и электрически притягиваться друг к другу. (А)
В случае их фронтального сближения разнонаправленные магнитные моменты вызовут их магнитное отталкивание, при электрическом притяжении! (В)
У такой пары суммарный спин будет равен единице, а магнитный момент и заряд - нулю.
Теперь рассмотрим два реальных феномена, в которых участвуют такие пары: Электрон-электрон и электрон-позитрон.
Пары Купера, обуславливающие сверхпроводимость некоторых металлов при криотемпературах и позитроний, псевдоатом без ядра, в котором электрон и позитрон вращаются вокруг общего центра масс.
Для Куперовской пары электронов характерны следующие параметры:
Они ПРИТЯГИВАЮТСЯ друг к другу достаточно сильно, чтобы составить прочную и долговременно сущствующую пару (при температурах ниже "критической" для данного металла). Их суммарный спин равен нулю, значит, их магнитные моменты разнонаправлены. В вышеперечисленных вариантах - это вариант первый (А). Они расположены рядом, "бок о бок".
В варианте втором В они тоже будут притягиваться, но в этом случае их спин будет равен единице, а не нулю, как это следует из теории сверхпроводимости Купера, Бардина и Шриффера.
Значит, судя по изложенному, Куперовские пары - это "два рядышком расположившихся, соседствующих" электрона.
Более того, их кулоновское отталкивание ТОЖЕ сильно ослаблено этим расположением, если предположить, что они вращаются так, что "капельное выпячивание" одного электрона приходится перепндикулярно как раз на ось длинной оси "соседа-напарника". Условно, для наглядности, это можно представить себе как две гантельки, "двухголовые спички", так синхронно, как две сцепленные шестерёнки, поворачивающиеся, что их оси оказываются перпендикулярными друг другу при максимальном сближении выпячивания одной с геометрическим центром другой! Такое вращение электронов изменяет силы их электрического взаимодействия, закон Кулона в этом случае нарушается, ибо номинально, молчаливо, он предполагает взаимодействие двух заряженных сфер, зарядовых точек, условно.
А в данном случае, бОльшая часть заряда сосредоточена как раз в удалённых от геометрического центра частицы "выпячиваниях". И, понятно, когда выпячивание (полкапли) одной частицы располагаетея близко к геометрическому центру другой, где заряда почти нет, то их кулоновское взаимодействие заметно меньше, чем если бы обе частицы были заряженными шариками с трёхмерной симметрией расположения заряда.
На мой взгляд - это крайне важный физичесий фактор, УМЕНЬШАЮЩИЙ ЛЮБОЕ электростатическое взаимодействие частиц (как притяжение, так и отталкивание), если, конечно, допустить такое - "удлинённо-капельное строение" электронов, позитронов и других заряженных частиц.
Возможно, что и при фронтальном сближении обеих частиц их вращение своеобразно "синхронизированно". Например, поскольку два "выпячивания" у электронов несут одинаковые заряды, то они, отталкиваясь, займут крестообразное положение . Вариант второй (В)!
Если бы электроны были просто заряженными шариками, то, конечно, такого эффекта просто не могло бы существовать, а, вот, с предложенным гипотетическим взглядом на "удлинённо-капельную конструкцию" элементарных частиц, это вполне вероятно.
Позитроний существует в двух состояниях, парапозитроний, когда спины электрона и позитрона антипараллельны, и ортопозитроний, когда они параллельны. Интересно, что "время жизни" обоих сильно различается. Парапозитроний аннигилирует через 1.25 десятимиллиардной секунды, а ортопозитроний "живёт" в тысячу раз дольше и аннигилирует через 1.4 десятимиллионной секунды! Вызвано это, скорей всего, различием в ориентации спинов. В парапозитронии электрон и позитрон притягиваются друг к другу за счёт электрических (кулоновских) сил и из-за магнитного взаимопритяжения. Вариант третий (В), вариант четвёртый (А), но здесь электрическое притяжение слабей, чем при фронтальном сближении электрона и позитрона, в соответствии с последним замечанием в абзаце описания Куперовских пар.
В ортопозитронии действуют кулоновские силы притяжения, но и сильное магнитное отталкивание. Вариант четвёртый (В)
Faciant meliora potentes.
Если я ошибаюсь, пусть меня поправят старшие товарищи.
28 VIII 2025
The behavior of pairs of particles.
The pictures are unfortunate, although they somehow illustrate the descriptions in the note, but I don't own computer graphics and I don't have any programs for this either.
The upper one shows the particles "side by side", rotating and magnetically attracted to each other.
The lower one is the frontal approach of particles with opposite magnetic moments and therefore repel each other.
Alas, the note, although popular, is purely physical and requires knowledge of some general points of physics.
I sincerely apologize to the readers who are unfamiliar with them! Moreover, there are many of my conjectures and hypotheses here, which, nevertheless, seem to me quite reasonable and adequate to reality.
I am always ready to explain and answer questions in a simpler and more popular way, if any, and if I can.
The preface and the afterword to the previous article "Problems of spin and magnetic moment of particles".
Such charged and stretched droplets must lose rotational energy due to their rotation, radiating electromagnetic waves in the plane of their equator. There are several possible answers to this.
Yes, they emit waves into electromagnetic space and receive the same "recharge" from there, that is, long-lasting particles are durable not "by themselves", but due to dynamic energy equilibrium with space: How much they lose, the same amount they get back. And those particles that "can't do this" disintegrate! Decay!
In general, any unequally accelerated change in electric field strength (the third time derivative of electrical induction "D") or accelerated changes in magnetic field strength (the second time derivative of magnetic induction "B") cause electromagnetic radiation. So any wire with direct current must emit electromagnetic waves due to fluctuations in the density of the drifting electron cloud caused by the "scattering" of electrons on phonons and impurity defects of the lattice. Or as "Noise" in vacuum tubes, or during the magnetization and demagnetization of any ferromagnets, due to abrupt changes in the orientation of the electron spins in the domains. For some reason, no university textbook talks about this radiation, but the objective physical effect will not disappear from omission!
Another answer (according to Niels Bohr) is also rotation in "stationary orbits around its own axis." Stationary means non-radiative.
The third answer is that there is no spin at all. And the magnetic moment is created by the existence of the electric entity itself, somehow pulsating and thereby creating a magnetic field.
The first two answers seem more plausible to me than the third one.
I'm getting to the point of the note.
Various combinations of charge, spin and magnetic moment of particles.
A pair of electrons.
The first option.
Neighboring electrons. The left electron rotates from left to right, counterclockwise when viewed from above. Its mechanical moment of inertia (spin) is directed upward, but the magnetic moment due to the negative charge of the electron is directed downward.
The right electron rotates from right to left, clockwise, when viewed from above. Its mechanical moment of inertia (spin) is directed downward, but due to the negative charge of the electron, the magnetic moment is directed upward.
With such a mutual arrangement, both electrons are two elementary magnets, whose poles are counter directional and therefore they will be attracted to each other like two strip magnets with oppositely directed poles, despite the fact that due to the same sign of charges they will be electrically repelled. (A)
If you "push them together frontally", and their spin and magnetic moment vectors are located ON the SAME AXIS, then in this case they will both electrically and magnetically repel. (B)
In such a pair, the total spin is zero, the magnetic moment is zero, and the charge is twice as large.
The second option.
If the directions of the spins of both electrons are the same, then when placed "side by side, as in the figure, they will repel both electrically and magnetically. Two magnets with closely spaced poles of the same name. (A)
And during frontal approach, they attract magnetically and repel electrically. (B)
For such a pair, the total spin is one, and the magnetic moments and electric charges will also add up. That is, both the charge and the magnetic moment of the pair will be twice as large as that of a single electron.
Option three.
An electron and a positron with oppositely directed spins, that is, with oppositely directed vectors of the mechanical moment of inertia.
In this case, due to the difference in the sign of the charge, their magnetic moments will be directed the same way. This means that when placed "side by side", they will magnetically repel, but electrically attract. (A)
In the case of their frontal approach, they will attract both electrically and magnetically. (B)
For such a pair, the total spin will be zero, the magnetic moment will be twice that of a single particle, and the charge will be zero.
Option four.
The electron and positron have unidirectional spins, that is, the vectors of their mechanical moment of inertia coincide in direction, and the magnetic moments are counter directional.
Then, when they are placed "side by side", they will be two magnets with opposite poles, so they will be magnetically and electrically attracted to each other. (A)
In the case of their frontal approach, the multidirectional magnetic moments will cause their magnetic repulsion, with electric attraction! (B)
For such a pair, the total spin will be one, and the magnetic moment and charge will be zero.
Now let's look at two real phenomena involving such pairs: Electron-electron and electron-positron.
Cooper pairs, which cause the superconductivity of some metals at cryotemperatures, and positronium, a pseudoatom without a nucleus in which an electron and a positron rotate around a common center of mass.
The following parameters are characteristic of a Cooper pair of electrons:
They are ATTRACTED to each other strongly enough to form a long-lasting pair (at temperatures below the "critical" for given metal). Their total spin is zero, which means that their magnetic moments are opposite directional. In the above options, this is option one (A). They are located side by side.
In the second case, they will also attract, but in this case their spin will be equal to one, not zero, as follows from the theory of superconductivity by Cooper, Bardeen and Schrieffer.
So, judging by the above, Cooper pairs are "two side-by-side, neighboring" electrons.
Moreover, their Coulomb repulsion is also strongly weakened by this arrangement, assuming that they rotate so that the "drop protrusion" of one electron falls perpendicular to the geometric center of the long axis of the "neighbor-partner". Conventionally, for clarity, it can be imagined as two dumbbells, "two-headed matches", as synchronously as two interlocked gears turning so that their axes turn out to be perpendicular to each other when the protrusion of one comes as close as possible to the geometric center of the other! Such rotation of electrons changes the forces of their electrical interaction, Coulomb's law is violated in this case, because nominally, tacitly, it assumes the interaction of two charged spheres, charge points, conditionally.
And in this case, most of the charge is concentrated just in the "bulges" far from the geometric center of the particle. And, of course, when the bulge (half a drop) of one particle is located close to the geometric center of the other, where there is almost no charge, then their Coulomb interaction is noticeably less than if both particles were charged balls with three-dimensional symmetry of the charge arrangement.
In my opinion, this is an extremely important physical factor that REDUCES ANY electrostatic interaction of particles (both attraction and repulsion), if, of course, we allow for such an "elongated droplet structure" of electrons, positrons and other charged particles.
It is possible that even with the frontal approach of both particles, their rotation is "synchronized" in a peculiar way. For example, since the two "bulges" of electrons carry the same charges, they will repel each other and take a cross-shaped position. Option two (B)!
If the electrons were just charged balls, then, of course, such an effect simply could not exist, but with the proposed hypothetical view of the "elongated droplet structure" of elementary particles, this is quite likely.
Positronium exists in two states, parapositronium, when the spins of the electron and positron are antiparallel, and orthopositronium, when they are parallel. Interestingly, the "lifetime" of both is very different. Parapositronium annihilates after 1.25 ten-billionths of a second, and orthopositronium "lives" a thousand times longer and annihilates after 1.4 ten-millionth of a second! This is most likely caused by a difference in the orientation of the spins. In parapositronium, an electron and a positron are attracted to each other due to electric (Coulomb) forces and due to magnetic mutual attraction. Option three (B), option four (A), but here the electric attraction is weaker than in the frontal approach of an electron and a positron, in accordance with the last remark in the paragraph describing Cooper pairs.
In orthopositronium, Coulomb forces of attraction act, but also strong magnetic repulsion. Option four (B).