• Виктор
  • Статьи
  • 1 мин. чтения

Новые эксперименты подтвердили, что электроны «круглые»


©JILA, Steven Burrows / Автор: Михаил Григорьев

Электрон — заряженная частица, несущая элементарный, минимально возможный заряд. Однако заряд может быть распределен между полюсами электрона неравномерно, делая его слабым диполем. Такая асимметрия могла бы помочь с объяснением загадки доминирования материи над антиматерией, поэтому физики пытаются измерить дипольный момент электрона с максимальной точностью. Новые эксперименты довели эту точность до рекордных значений, однако ничего подобного снова не заметили: электрон оказался «круглым». Отчет о работе опубликован в журнале Science.

Теоретически после Большого взрыва во Вселенной должно было появиться равное количество материи и антиматерии. Это ключевая ее черта: если бы материи и антиматерии было одинаково, они аннигилировали бы друг друга, и возникновение звезд и всего остального было бы невозможно. Поэтому физики пытаются измерить дипольный момент электрона с максимальной точностью: фактически это может стать ключом к разгадке самой возможности нашего существования.

Сегодня в космосе явно доминирует обычная материя, а антиматерии практически нет. Этот дисбаланс остается одной из самых больших загадок современной физики, и для его объяснения выдвинуто множество гипотез. Некоторые из них требуют разного рода асимметричности в строении субатомных частиц — например, неравномерного распределения заряда в электроне, которое делает его слабым диполем. Однако измерения электрического дипольного момента электрона пока не обнаруживают никакой асимметрии. Это показали и новые эксперименты, проведенные с рекордной точностью.

Эрик Корнелл (Eric Cornell) и его коллеги из Университета Колорадо и Национального института стандартов и технологий США измеряли дипольный момент электронов в молекулах фторида гафния, где они находятся под влиянием мощнейшего электрического поля, достигающего 20 миллиардов вольт на сантиметр. Молекулы ионизировали и подвешивали в глубоком вакууме, подвергали дополнительному воздействию внешнего поля и измеряли энергетическое состояние электронов с помощью лазера.

Поведение электронов в таких условиях зависит от их электрического дипольного момента. Авторы работы сравнивают это с яйцом, которое не может стабильно стоять на одном своем конце и под действием гравитации обязательно завалится на бок. Также и в электроне: если заряды в нем распределены неравномерно, под действием внешнего поля они должны менять ориентацию определенным образом. Но, как ровная сфера устойчиво лежит на столе, так и полностью симметричный электрон не будет переходить с одного энергетического уровня на другой в зависимости от направления внешнего поля.

Именно второй вариант зарегистрировали физики в экспериментах, показав, что дипольного момента у электронов нет. По словам ученых, точность измерений более чем вдвое превысила предыдущие результаты. «Если бы электрон был размером с Землю, любая существующая асимметрия не превышала бы радиуса одиночного атома», — добавила Таня Русси (Tanya Roussy), одна из авторов работы.

Существование дипольного момента электрона может быть описано как продукт влияния виртуальных частиц, которые непрерывно появляются и исчезают на его границах. Но теперь мы знаем, что если дипольный момент и есть, то он исчезающе мал, а создавать его способны лишь экстремально массивные частицы, энергия которых достигает трех-четырех тераэлектронвольт (эВ). Для сравнения: масса протона составляет 940 мегаэлектронвольт, а того же электрона — 0,5 мегаэлектронвольта.

Частицы такой массы не позволит обнаружить даже Большой адронный коллайдер, и если асимметрия электрона действительно существует, то выявить ее помогут лишь еще более мощные инструменты следующих поколений. Кроме того, повышенная точность новых измерений с практической точки зрения может означать, что даже если какая-то асимметрия у электрона есть, она так мала, что объяснить с ее помощью дисбаланс материи и антиматерии во Вселенной не получится. Возможно, стоит усилить поиски альтернативных объяснений этому важнейшему явлению.


Source: https://oaoo.ru/nauka/novye-eksperimenty-podtverdili-chto-elektrony-kryglye.html

Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
guest

Мозг не ищет кратчайший путь при планировании маршрута

Кроме того, оптимальный путь в одном направлении может не совпадать с оптимальным путем обратно (синий путь не совпадает...

Японский ученый предложил глобальную систему синхронизации часов

©Decorativos Matisses / Автор: Pinaria Caprarius Современная экономика и технологии требуют сверхточного измерения времени, и атомные часы позволяют...

ЦЕРН приостанавливает сотрудничество с Россией из-за ситуации на Украине

Логотип Европейской организации по ядерным исследованиям на фоне макета нового образовательного и информационно-просветительского центра CERN Science Gateway /...

Лазерный тандем объединит кильватерные ускорители электронов в коллайдер

Художественная интерпретация лазерного кильватерного ускорения и его схема. Оранжевым показан лазерный импульс, красным – ускоряемые электроны, а высота...

Время «жизни» бозона Хиггса наконец-то измерили почти точно

Визуализация обнаружения искомых субатомных частиц на детекторе CMS (Компактный мюонный соленоид) Большого адронного коллайдера. На модели показан результат...

Таяние ледников укоротит земной год к 2029-му

Ледники стали таять быстрее, и скорость вращения Земли замедлилась сильнее, чем раньше / © pxhere.com Астрономический год, то...

Большой адронный коллайдер возобновил работу после трехлетней модернизации

©CERN / Автор: Сергей Данилов Согласно официальному пресс-релизу, возобновление работы ускорителя ознаменовалось запуском двух пучков протонов в противоположных...

Ученые создали алмазные капсулы высокого давления и запечатали в них кристаллический аргон

Иллюстрация удержания и исследования фаз высокого давления в виде включений в нанокристаллическом алмазе / © Charles Zeng /...

Китайские физики получили рекордно мощное постоянное магнитное поле

Гибридный магнит в Хэфэе / ©SHMFF / Автор: Euclio Drusus Установка постоянного высокого магнитного поля (Steady High Magnetic...

Опоздав на 10 лет, США, наконец, «зажгли плазму». Но выиграли от этого военные, а не термоядерная энергетика

Вакуумная камера National Ignition Facility. В отличие от токамаков и других термоядерных реакторов с магнитным удержанием плазмы, тут...

Новое устройство поможет проводить самые маломасштабные измерения силы гравитации

Все материальные объекты обладают собственным гравитационным притяжением, независимо от того, насколько они малы / © Karl Dolenc, BeholdingEye,...

Создано двухмерное сверхтвердое тело

Создано двухмерное сверхтвердое тело / ©www.sciencealert.com / Автор: Visellia Orfius Существование сверхтвердых тел было предсказано в 1969 году...

Физики впервые «сделали рентген» отдельным атомам

Кольцо супрамолекулярного комплекса, в центре которого находится одиночный атом железа / ©Ajayi et al., 2023 / Автор: Ирина...

Физики синтезировали новый изотоп магния

©S.M. Wang, Fudan University & Facility for Rare Isotope Beams, MSU / Автор: Дмитрий Жуков Магний — 12-й...

Физикам впервые удалось создать квантовые «кольца Алисы»

Так называемое кольцо Алисы в представлении художника / © Wikimedia Commons / Автор: Сергей Данилов В физике существует...

Умирающие звезды заподозрили в «засеве» космоса углеродными нанотрубками

Туманность Кольцо (NGC 6720, M 57 или Мессье 57) / ©AURA, STScI, NASA / Автор: Александр Литвинов Описание...

Физики научились плести нити из нанотрубок

©Jeff Fitlow, Rice University / Автор: Visellia Orfius Углеродные нанотрубки представляют собой полые сверхтонкие структуры со стенками толщиной...

Физики предложили два новых способа превращать инфракрасный свет в видимый

© Wikimedia / Автор: Ирина Мельникова Инфракрасным светом называют электромагнитное излучение с длиной волны большей, чем у красного...

Физики решили «проблему Фейнмана» об инвертированном разбрызгивателе. Ответ очевидный, а вот объяснение — нет

Разбрызгиватель, работающий в инвертированном режиме (вода движется к центру устройства через трубки-сопла внутрь). Хорошо видны формирующиеся внутри него...

Новый материал позволит физикам ловить гравитационные волны ежедневно

Стекло с нанесенным покрытием из оксидов титана и германия / © Caltech / Автор: Иван Беляев С момента...