• 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

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...

Томские физики предложили «вечное» ядерное топливо

©Страна Росатом / Автор: Татьяна Соловьёва Множество изолированных энергосистем на Земле вынуждены использовать как основной источник электроэнергии дизель-генераторы....

Эксперименты показали связь полярных сияний с волнами плазмы

©Austin Montelius, University of Iowa / Автор: Александр Литвинов Когда поток заряженных частиц устремляется из космоса к Земле,...

Уникальный черновик величайшей работы Эйнштейна выставили на аукцион

Листы рукописи, датируемой 1913-1914 годами / ©Cristie’s / Автор: Михаил Григорьев Аукционный дом Christie’s ранее в этом ноябре...

Сжимающаяся Вселенная столкнет нас в черную дыру. Но заметить конец света будет непросто

Пара из нейтронной звезды (на переднем плане) и черной дыры звездных масс (на заднем плане) перед их слиянием,...

Физикам впервые удалось создать квантовые «кольца Алисы»

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

Свет заставил воду испаряться без нагрева

Клубы светлого конденсата на стекле — это испарение воды из гидрогеля под действием зеленого света без нагрева /...

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...

Инженер из США придумал, как создать прототип варп-двигателя в микрометровом масштабе

Схема эксперимента-прототипа варп-двигателя с полостью Казимира в центре / ©Limitless Space Institute / Автор: Михаил Григорьев Научная статья,...

От мысленных экспериментов — к квантовому компьютеру

© 2017-2021 IonQ, Inc. / Автор: Михаил Григорьев Если первая квантовая революция начала ХХ века была, по сути,...

Предложен эксперимент для измерения массы информации

©CERN / Автор: Ольга Кузьмина Еще в прошлом веке Рольф Ландауэр из IBM предположил, что при стирании информации...

Японские ученые испытали подземную навигацию с использованием космических частиц

Появление мюонов в атмосфере: взгляд художника / ©The Royal Society / Автор: Анастасия Кожевникова Не секрет, что системы...

Нобелевскую премию по физике — 2023 получили ученые из Швеции, Германии и США

© Nobel Prize Outreach / Автор: Milonia Larcius Нобелевский комитет по физике Шведской королевской академии наук сообщил, кому...

Физики предложили способ сделать квантовые компьютеры дешевле и практичнее

© Matthias Weinberger / flickr / Автор: Regulus Tremerus В своей работе исследователи использовали архитектуру квантового компьютера, основанную...

Ученые создали простой материал для светофильтра с регулируемой длиной волны пропускания

Зависимость полосы пропускания видимого света материалом SeedGel от температуры. При 29 градусах гель пропускает только красный свет, а...

Физики научились предсказывать срок хранения шампанского

©Martin Dubé, Flickr / Автор: Ptolemocratia Acerronius Шампанское и другие игристые вина насыщены углекислым газом. После вскрытия он...

Большой адронный коллайдер «подсказал», где искать частицы темной материи

Визуализация продуктов столкновения двух пучков протонов в Большом адронном коллайдере. Идея искать следы частиц темной материи в данных,...

Уточненная масса W-бозонов указала на физику за пределами стандартной модели

Детектор CDF-II / ©Fermilab / Автор: Андрей Чернов Анализ данных давно закрытого коллайдера позволил найти миллионы событий —...

Нобелевскую премию по физике — 2022 присудили ученым из Франции, США и Австрии

© Jonas Ekstromer, TT News Agency via AP / Автор: Наталья Федосеева Нобелевский комитет по физике Королевской академии...

В погоне за миллионом кубитов

C. Lackner / Ars Electronica (CC BY-NC-ND) / Автор: Ptolemocratia Acerronius (Продолжение. Начало см. тут: 1, 2). В...