Первой элементарной частицей, открытой в физике, был электрон, который является частью атома. Он участвует в слабых, электромагнитных и гравитационных взаимодействиях, проявляя при этом многообразие свойств, которое иначе, как парадоксальным назвать нельзя. Так в чем же парадокс?
Электронная идентичность
Электрон, как и все лептоны не из чего не состоит. Он – та самая мельчайшая частица, которую физики пытаются поймать. Однако условность этих утверждений невозможно отрицать, поскольку 150 лет назад ученые считали, что атомы элементарны и не из чего не состоят, а 80 лет назад они же считали, что элементарны уже протоны. И вот. Мы дошли до электронов.
Так что, правильнее говорить о том, что все доступные нам эксперименты демонстрируют элементарность электронов. Если же они не такие, то все равно остаются настолько мизерными, что текущие эксперименты не могут их расщепить. Оттого электрон считается стабильной частицей, с которой не происходит самопроизвольного распада.
Все электроны настолько идентичны, что различить их нельзя. У этой частицы есть масса, которая лишь намекает на ее полную материальность. Она относительно мала и составляет примерно 0,05% (точнее, 1/1838) массы атома водорода – легчайшего атома в природе. Большая часть его массы содержится в его ядре. В целом такая незначительная величина не вносит ощутимый вклад в массу атома, но она необходима для определения его размера.
Магнитное вращение
Размер самого электрона неизвестен. Признаки этого параметра даже в экспериментах не представляется возможным зафиксировать. Тоже самое с его формой. Но в рамках квантовой механики объяснить причину невозможно. Ситуация проясняется с пониманием того, что электрон обладает не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. То есть электрон – несомненно частица, но не в смысле крупинки или пылинки.
В каком-то смысле, находясь в атоме, электроны распределяются по нему всему, будто звуковая волна распространяется от барабана. В этом смысле, находясь внутри атома, они имеют размер всего атома. То, насколько далеко электрон распространяется как волна, зависит от контекста.
В 1920-х годах в квантовом мире обнаружили одну странность: даже не имея размера элементарные частицы крутятся. Более того, если их поглощает другой объект, то они и его заставят хоть и немного, но вращаться. А еще каждый из типов частиц вращается с одной и той же скоростью, спином, который у электрона равен ½ (самой маленькой возможной). А потому как электрон всегда электрически заряжен, то он является еще и магнитом. И то, что эти элементарные частицы обладают магнетизмом, подтверждают, что они действительно вращаются.
Пузырьковый след
Физики еще ни разу не лицезрели сам электрон. Но в специально подготовленной пузырьковой камере, он оставляет след из пузырьков. Только его-то и можно сфотографировать. В этом свете сенсационным выглядит исследование группы ученых из института JILA в Боулдере, штат Колорадо. Они применили радикально иной подход к исследованию электронов, изучив его в более крупных заряженных частицах.
Так, они предположили, что форма электрона яйцеобразная, и ее определяет электрический дипольный момент. Если он не нулевой, то заряд распределится неравномерно. Одна область будет более отрицательной, а другая – менее отрицательной, чем средний заряд частицы. У такой незначительной асимметрии последствия весьма крупные, поскольку это противоречит идее о том, что все физические процессы вне зависимости от течения времени (вперед или назад) выглядят одинаково.
❗Участившиеся случаи ограничения каналов вынудили нас заняться поиском альтернативных площадок. Канал про Космос мы уже перенесли в приложение SFERA. А скоро в SFERA появится и сервис для статей. Скачать мобильное приложение SFERA:
От обращения времени зависит направление магнитного спина электрона. Оно бы оставило нетронутым электрический дипольный момент, хотя изменило бы взаимосвязь между ними. Только нарушение симметрии обращения времени пробьет дыру в существующей модели сил и элементарных частиц. Возникнет необходимость в гораздо большем количестве фундаментальных частиц, нежели нам предлагает современная физика.
Дипольный момент
И потом, автоматически между материей и антиматерией появилась бы фундаментальная асимметрия. Она бы помогла объяснить, почему во Вселенной антиматерии меньше, чем материи (теория Большого взрыва подразумевает, что их должно быть поровну). Сам по себе факт того, что материи во Вселенной больше, чем антиматерии, подразумевает, что электрический дипольный момент у электрона все же существует. Размер его неизвестен, но считается, что он достаточен для того, чтобы обнаружить его в будущем.
Так, исследователи из JILA изучали электрон не в пучке нейтральных частиц, а в молекулярных ионах фторида гафния во вращающемся электрическом поле, что заставляет ионы описывать маленькие круги, а не улетать. Так открывается путь к большей чувствительности. Группа ученых экспериментирует с более сильными электрическими полями в надежде уловить как можно больше ионов.
Другие ученые из Пенсильвании собираются создать ловушку из лазеров и повысить чувствительность в 30 раз. А физики Имперского колледжа надеются изучить фонтан молекул фторида иттербия, охлажденный лазером, что может дать 1000-кратный прирост. Если на этом уровне чувствительности не появится никакой асимметрии, ученые смогут исключить целый ряд теорий, предсказывающих электронный дипольный момент. Но это не помешает теоретикам выдвинуть новые идеи.
Чтобы не потерять нас, подпишитесь на telegram-канал, который мы ведём для проекта SFERA. Срочные новости будут в закреплённых сообщениях.
❗️ Ставьте 👍 и подписывайтесь на наш канал!
Читайте также:
