Równowaga między materią a antymaterią w naszym Wszechświecie to wielka zagadka, z którą fizycy walczą od wielu dziesięcioleci. Teraz, dokładnie badając maleńkie elektrony, naukowcy znaleźli sposób na kropkowanie i.
W 1897 roku fizyk J. Thomson odkrył cząstkę znaną jako elektron. Od tego czasu naukowcy usiłowali znaleźć odpowiedź na bardzo interesujące pytanie: czy kształt elektronu naprawdę jest idealną kulą? Opierając się na tym, co wiemy dzisiaj o tych cząstkach, rzeczywiście tak jest. W wywiadzie dla futuryzmu Mordecai-Mark McLow, astrofizyk z Amerykańskiego Muzeum Historii Naturalnej, ujął to bardzo delikatnie. Według niego elektrony są okrągłe „w granicach błędu pomiaru”. Niestety dla fizyków ta wiedza jest nie tyle odpowiedzią, co całą serią jeszcze bardziej złożonych pytań.
Sferyczność elektronów: gorąca debata
Zgodnie ze standardowym modelem fizycznym wszechświata po Wielkim Wybuchu powinien on zawierać równe ilości materii i antymaterii. Wzajemne oddziaływanie tych dwóch substancji prowadzi nieuchronnie do wzajemnej anihilacji w wyniku tzw. Eksplozji fotonów. Zgodnie z tą logiką wszechświat w obecnym stanie po prostu nie może istnieć - a jednak widzimy dowody na to, że jest inaczej.
W rezultacie naukowcy szukają jakichkolwiek oznak asymetrii w stosunku materii do antymaterii, które mogłyby wyjaśnić, dlaczego pierwsza substancja jest wielokrotnie większa niż druga. Gdyby elektrony były grudkowate, tylko z grubsza kuliste, mogłoby to dać fizykom wskazówkę, której potrzebują. Ale, niestety, najwyraźniej ich kształt jest doskonały. Jednak naukowcy z JILA zademonstrowali nową metodę badania kształtu elektronów, która może pomóc wykryć pożądane zniekształcenia.
Istota nowego podejścia, jak wszystko genialne, jest dość prosta. Gdyby elektron miał elektryczny moment dipolowy (EDM), wskazywałoby to na jego niesferyczny kształt. Wcześniej, poszukując EDM, naukowcy badali elektrony w „wiązkach” określonych atomów i cząsteczek. Niestety, ruch wiązki ogranicza czas, w którym można zmierzyć elektrony i może to być spowodowane tym czynnikiem, że dotychczas obserwacje nie wykazały żadnych oznak EDM.
Zespół badawczy JILA przyjął inne podejście. Zamiast badać elektrony w strumieniu obojętnych cząstek, za pomocą wirującego pola elektrycznego wyodrębnili jony cząsteczkowe związku nieorganicznego znanego jako fluorek hafnu. Zamiast po prostu odlecieć w kosmos, jak w przypadku promienia, jony zaczęły tworzyć małe kręgi. Umożliwiło to naukowcom śledzenie ruchu elektronów przez 0,7 sekundy - 1000 razy dłużej niż we wszystkich poprzednich eksperymentach!
Film promocyjny:
Tajemnicze zjawiska
Potwierdzenie lub odrzucenie okrągłego kształtu elektronów może wydawać się nieistotne, ale sam fakt badania właściwości elektronów odgrywa bardzo ważną rolę. Obecnie panuje przekonanie, że niezależnie od upływu czasu prawa fizyczne pozostają nienaruszalne. Ale jeśli naukowcy znajdą niezerowy EDM, zmieni to zrozumienie podstawowych poziomów fizyki i, potencjalnie, pomoże rozwiązać wielką tajemnicę dotyczącą równowagi materii i antymaterii, której zawdzięczamy samo nasze istnienie.
Teraz, po udanym udowodnieniu wykonalności swojej metody, naukowcy zaczną ją ulepszać. Główny badacz Eric Cornell powiedział już Science, że naukowcy uważają, że będą w stanie zwiększyć czułość, a tym samym dokładność pomiarów, o rząd wielkości w ciągu zaledwie kilku lat.
Inne grupy również pracują nad podobnymi projektami, aby zmierzyć sferyczność elektronów. Na przykład zespół z Harvardu i Yale jest przekonany, że w przyszłym roku będzie w stanie zmniejszyć błąd swoich obliczeń o 20 razy. Fizycy z Imperial College uważają, że istniejące metody, jeśli zostaną właściwie zastosowane, pozwolą na 1000 razy dokładniejsze obliczenia, co wyeliminuje szereg kontrowersyjnych teorii skupionych wokół potencjalnego EDM elektronów. A jeśli ich idealny kształt zostanie ostatecznie udowodniony, fizycy będą musieli szukać odpowiedzi na jedną z najbardziej niesamowitych tajemnic wszechświata gdzie indziej.
Wasilij Makarow