[论文解读] Investigation of the Influence of a field-free electrostatic Potential on the Electron Mass with Barkhausen-Kurz Oscillation

Marcel Weikert, Martin Tajmar|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2019

Advanced Physical and Chemical Molecular Interactions参考文献 14被引用 3

一句话总结

本研究通过观测真空管中的巴克豪森-库尔茨振荡，检验韦伯电动力学所提出的无场静电势是否会影响电子的惯性质量。尽管成功生成了巴克豪森-库尔茨振荡，但在真空管被带电球形壳包围时，未观测到可测量的频率漂移，表明在实验灵敏度范围内电子质量无明显变化，暗示该装置不适合探测韦伯型电动力学效应。

ABSTRACT

According to Weber's electrodynamics, Assis showed analytically, that a field-free electrostatic potential delivered by a spherical shell causes a force upon a moving electrical charge in the center of that shell. This force can be interpreted as a result of the change in inertial mass of the charge. In order to prove this theory, Mikhailov published two type of experimental setups: One using vacuum cathode tube and another using glow-discharge-lamps to generate oscillating and accelerating electrons. Whereas the glow-discharge experiment was already evaluated by several groups, here we are focusing on replicating the vacuum tube configuration. Under right circumstances, electrons inside a vacuum tube start to oscillate around a grid electrode, which is called Barkhausen-Kurz oscillations. However, we found that Mikhailov's setup does not produce these kind of oscillations and therefore the theory that he applied in the interpretation of his measurements is not correct. We succeeded in generating Barkhausen-Kurz oscillations with a different vacuum tube and found no frequency shifts below an order of magnitude of Assis's prediction by operating the tube inside a charged spherical shell that would indicate a change in the electron's mass. However, since both the mass as well as the geometry factor of the electron cloud contribute to the oscillator frequency, we believe that this setup is not suitable to investigate Weber-type electrodynamic effects.

研究动机与目标

• 通过实验验证阿西斯的理论预测，即无场静电势会改变运动电子的惯性质量。
• 复现米哈伊洛夫的真空阴极管装置，以检测外部带电球形壳引起的巴克豪森-库尔茨振荡频率漂移。
• 确定巴克豪森-库尔茨振荡器构型是否可作为探测韦伯型电动力学效应的灵敏探针。
• 评估利用电子振荡频率作为无场势下有效电子质量变化的测量手段的可行性。

提出的方法

• 复现米哈伊洛夫的真空阴极管装置，通过电子发射和栅极调制产生巴克豪森-库尔茨振荡。
• 将真空管置于导电球形壳内，以建立无外部电场的无场静电势。
• 测量在施加和未施加带电球形壳时，管内电子的振荡频率。
• 将观测到的频率漂移与阿西斯预测的与质量相关的电子有效惯性变化进行比较。
• 采用稳定的高真空环境和受控的栅极电压，以维持一致的电子振荡条件。
• 采用精确的频率测量技术，以检测阿西斯预测的10−9量级或更小的频率漂移。

实验结果

研究问题

• RQ1 由带电球形壳产生的无场静电势是否会引起电子巴克豪森-库尔茨振荡频率的可测量漂移？
• RQ2 巴克豪森-库尔茨振荡器构型能否探测到韦伯电动力学预测的电子惯性质量变化？
• RQ3 观测到的电子振荡频率是否足够灵敏，以揭示无场势引起的质量变化？
• RQ4 米哈伊洛夫原始装置为何未能产生巴克豪森-库尔茨振荡？改进后的构型是否能成功生成？
• RQ5 电子束的几何形状与电子质量如何共同影响振荡器频率，从而复杂化质量检测？

主要发现

• 在改进的真空管构型中成功生成了巴克豪森-库尔茨振荡，证实了振荡器装置的可行性。
• 尽管理论预测频率漂移量级为10−9，但在真空管被带电球形壳包围时，未观测到可测量的频率漂移。
• 未检测到显著频率漂移，意味着在无场静电势下电子惯性质量未发生改变的证据。
• 电子束的几何形状和空间分布显著影响振荡器频率，使质量相关效应的分离变得复杂。
• 由于几何因素的强烈干扰，该实验装置不适合用于探测韦伯型电动力学效应。
• 结果与米哈伊洛夫的原始解释相矛盾：其原始装置未能产生振荡，而当前装置亦未观测到质量漂移。