これは物理学の教科書です。物質の表面近くの電荷は、表面に向かって引っ張られます。しかし、電荷が適切な形に広がって十分に速く移動すると、その引力が反発力になると、ある物理学者は計算しています。この奇妙な発見は、物理学者が電子などの粒子のビームを誘導する際の予期しない影響を回避するのに役立つ可能性があります。
「最初はこれは完全に間違っていると思っていましたが、状況を考えるとそうではありません」と、ローザンヌにあるスイス連邦工科大学の物理学者 Primož Rebernik Ribič は言います。レビューレター .しかし、誰もが彼の分析が正しいことに同意しているわけではありません。
単一の電子などの「点電荷」が、導体の表面の上に浮かんでいるとします。電荷からの電場は、表面で自由に移動する他の電荷を引き寄せたり押したりします。したがって、これらの電荷は、点電荷と表面が互いに引き付け合うように再配置されます。実際、この力は、元の電荷が表面の上に浮かんでいるのと同じように表面の下に潜んでいる反対の「イメージ電荷」によって作成されるものに等しい - 教科書の例.絶縁体では、物事はもう少し複雑です。材料の正電荷と負電荷は、材料を分極するために位置を少しだけシフトできます。それでも、点電荷はそれを表面に引き寄せる分極パターンを誘発します。
しかし、点電荷が横方向に移動する棒状の電荷線 (ピーナッツ バターを広げるナイフのように) に置き換えられると、表面からの力が反発するようになる可能性がある、と Rebernik Ribič は主張します。
このシナリオがどのように機能するかを確認するために、絶縁体の表面を点電荷だけが移動する場合を考えてみましょう。その場合、偏光パターンはそれとともに移動し、点電荷を引き付けるいわゆるエバネッセント波になります。
ポイントチャージが十分に速く動く場合、別の要因が作用します。ガラスなどの絶縁体では、光は空の空間よりもゆっくりと進みます。また、電荷が光よりも速くガラスを通過すると、超音速ジェット機からのソニック ブームによく似た、チェレンコフ放射として知られる光の衝撃波が発生します。ここで、絶縁体の上の点電荷が材料内の光よりも速く動くと、誘導された分極パターンも同じように速く動き、チェレンコフ放射が発生します。その放射はある角度で材料に流れ込み、それとともに運動量を運びます。しかし、ニュートンの法則により、すべてのアクションは等しく反対の反作用を持つため、下向きの流れの運動量は、点電荷の上向きのプッシュによってバランスがとれている必要があります。
移動点電荷の場合、エバネッセント波の引力は常にチェレンコフ放射の引力を圧倒する、と Rebernik Ribič は計算します。 ライン の電荷が表面を横切って移動しますが、線に沿ったさまざまな点で作成されたエバネッセント波は、それらからの引力を相殺する方法で互いに干渉します。チェレンコフ放射からの反発は残り、全体的に電荷線を押し上げる。同じことが指揮者にも当てはまる、と Rebernik Ribič は計算します。
誰もが納得しているわけではありません。ハイファにあるテクニオン イスラエル工科大学の物理学者である Levi Schächter は、電荷線に関する彼自身の計算は、正味の力が依然として魅力的であることを示していると述べています。 「要するに、Rebernik Ribič 博士は間違っていると思います」と彼は言います。しかし、コーネル大学の加速器物理学者であるゲオルク・ホフシュテッターは、レーベルニク・リビッチの主張がもっともらしいと思うと言います。
そうだとすれば、奇妙な反発力は何に役立つのでしょうか?それは明らかではありません。研究者が表面から高速で移動する電子の束を反発させたい場合、束を形作るよりも表面を帯電させる方が簡単にそれを行うことができます、と Hoffstaetter は述べています。一方で、この望ましくないナッジが発生する可能性があることを知っていれば、荷電粒子のビームを処理する装置を設計する際に物理学者が問題を回避するのに役立つかもしれないと彼は言います。そして、奇妙な効果は予期せぬ用途を見つける可能性がある、と Hoffstaetter は言う。
