Balansen mellan materia och antimateria i vårt universum är en grandios gåta som fysiker har kämpat med att lösa i många decennier. Genom att noggrant studera de små elektronerna har forskare hittat ett sätt att pricka in i.
1897 upptäckte fysiker J. Thomson en partikel känd som en elektron. Sedan dess har forskare kämpat för att hitta ett svar på en mycket intressant fråga: är formen på en elektron verkligen en perfekt boll? Baserat på vad vi vet om dessa partiklar idag är detta verkligen fallet. I en intervju med Futurism uttryckte Mordecai-Mark McLow, en astrofysiker vid American Museum of Natural History det mycket delikat. Enligt honom är elektroner runda "inom mätfelet." Tyvärr, för fysiker, är denna kunskap inte så mycket ett svar som en hel serie ännu mer komplexa frågor.
Elektronernas sfär: upphettad debatt
Enligt universums standard fysiska modell, efter Big Bang, borde den ha innehålla lika stora mängder materia och antimateria. Interaktionen mellan dessa två ämnen leder oundvikligen till ömsesidig förintelse på grund av den så kallade fotonexplosionen. Enligt denna logik kan universum i sitt nuvarande tillstånd helt enkelt inte existera - och ändå ser vi bevis på motsatsen.
Som ett resultat letar forskare efter några tecken på asymmetri i förhållandet materia och antimateria som kan förklara varför det första ämnet är många gånger mer än det andra. Om elektronerna var klumpiga, bara grovt sfäriska, kan detta ge fysiker den ledtråd de behöver. Men tyvärr, till synes, deras form är perfekt. Men forskarna på JILA har visat en ny metod för att studera formen på elektroner som kan hjälpa till att upptäcka de önskade distorsionerna.
Kärnan i den nya metoden, som allt genialt, är ganska enkelt. Om elektronen hade ett elektriskt dipolmoment (EDM) skulle detta indikera dess icke-sfäriska form. Tidigare, i sökandet efter EDM, studerade forskare elektroner i "strålar" av specifika atomer och molekyler. Tyvärr begränsar strålens rörelse den tid som elektroner kan mätas, och det kan vara på grund av denna faktor som observationer inte har visat några tecken på EDM hittills.
Forskningsteamet för JILA tog ett annat synsätt. I stället för att studera elektroner i en ström av neutrala partiklar isolerade de molekylära joner av en oorganisk förening känd som hafniumfluorid med hjälp av ett roterande elektriskt fält. Istället för att bara flyga ut i rymden, som i fallet med en stråle, började jonerna att beskriva små cirklar. Detta gjorde det möjligt för forskare att spåra rörelsen hos elektroner i 0,7 sekunder - 1000 gånger längre än i alla tidigare experiment!
Kampanjvideo:
Mystiska fenomen
Bekräftelse eller motbevisning av elektronernas runda form kan verka obetydlig, men själva faktum att studera egenskaperna hos elektroner spelar en mycket viktig roll. För närvarande är den rådande tron att oavsett tidens rörelse förblir fysiska lagar okränkbara. Men om forskare hittar en EDM som inte är noll, kommer den att förändra förståelsen för de grundläggande fysiknivåerna och, potentiellt, hjälpa till att lösa det stora mysteriet om materiens balans och antimateria, som vi är skyldiga vår själva existens.
Nu, efter att ha framgångsrikt bevisat att deras metod kan fungera, kommer forskare att börja förbättra den. Ledande forskare Eric Cornell har redan berättat för vetenskapen att forskarna tror att de kommer att kunna öka känsligheten, och därmed noggrannheten i deras mätningar, med en storleksordning på bara några år.
Andra grupper arbetar också med liknande projekt för att mäta elektronernas sfäritet. Till exempel är ett team från Harvard och Yale övertygade om att de nästa år kommer att kunna minska felet i sina beräkningar med 20 gånger. Fysiker vid Imperial College tror att redan befintliga metoder, om de fungerar korrekt, kommer att göra beräkningar 1000 gånger mer exakta, vilket kommer att eliminera ett antal kontroversiella teorier centrerade kring den potentiella EDM för elektroner. Och om deras ideala form slutligen bevisas, kommer fysiker att behöva leta efter svaret på ett av universums mest fantastiska mysterier någon annanstans.
Vasily Makarov
