Электроны оказались не точечными, а имеют форму шара – новые данные

Новости МирТесен

Американские физики повторно определили дипольный момент электрона, который, теоретически, мог бы указывать на его незначительное отклонение от сферической формы. Эксперименты были проведены с беспрецедентной точностью, однако асимметрии не было выявлено.

Электрон — это частица, обладающая электрическим зарядом, который является элементарным и наименьшим возможным. Заряд, однако, может быть распределен между полюсами электрона не равномерно, что приводит к образованию слабого диполя. Эта асимметрия может способствовать объяснению того, почему материи больше, чем антиматерии, поэтому физики стремятся измерить дипольный момент электрона с высочайшей степенью точности. Новейшие исследования позволили достичь рекордной точности, однако не выявили ничего подобного: электрон оказался «круглым». Отчет о работе опубликован в журнале Science.

Согласно теоретическим моделям, сразу после Большого взрыва во Вселенной должно было возникнуть равное количество материи и антиматерии. Этот факт является основополагающим для нашего понимания космоса; если бы эти компоненты были представлены в одинаковых пропорциях, они полностью уничтожили бы друг друга, что исключило бы возможность формирования звезд и всего остального. Поэтому физики продолжают совершенствовать методику измерения дипольного момента электрона – возможно, это станет ключом к объяснению нашего существования.

В настоящее время наблюдается явное преобладание обычной материи в космосе, тогда как антиматерия практически отсутствует. 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 обнаруживаютОтсутствуют признаки несбалансированности в структуре электрона. Это подтвердили свежие исследования, выполненные с беспрецедентной аккуратностью.

Эрик Корнелл и его соратники из Университета Колорадо и Национального института стандартов США провели измерения дипольных моментов электронов в молекулах фторида гафния, где они оказались под воздействием чрезвычайно сильного электрического поля, достигающего 20 миллиардов вольт на сантиметр. Молекулы были ионизированы и помещены в вакуумную камеру с глубоким разрежением, подвергнуты дополнительному влиянию внешнего поля и затем измерено энергетическое состояние электронов при помощи лазерной системы.

Электрическое дипольное свойство электронов определяет их поведение в подобных условиях. Для иллюстрации этого явления авторы проводят аналогию с яйцом, которое из-за гравитации не способно устойчиво стоять на одном конце и неизбежно переворачивается. Подобным образом, электрон с неравномерно распределенными зарядами под воздействием внешнего поля должен изменять свою ориентацию. Однако, подобно устойчивости ровной сферы, покоящейся на поверхности, полностью симметричный электрон не будет менять свой энергетический уровень в зависимости от направления внешнего поля.

Физики зафиксировали второй вариант в ходе экспериментов, подтвердив отсутствие дипольного момента у электронов. Ученые отмечают, что точность полученных результатов более чем в два раза выше, чем в предыдущих исследованиях. «Если бы электрон имел размеры Земли, любая существующая асимметрия не превышала бы радиус отдельного атома», — добавилаТаня Русси (Tanya Roussy) – один из участников научной работы.

Дипольный момент электрона можно представить как следствие взаимодействия с виртуальными частицами, постоянно возникающими и аннигилирующими на его поверхности. Однако современные исследования показывают, что в случае его наличия, величина этого момента крайне мала. Создать его способны только очень массивные частицы, обладающие энергией в диапазоне трех-четырех тераэлектронвольт (эВ). Для сопоставления: энергия протона составляет 940 мегаэлектронвольт, а электрона — 0,5 мегаэлектронвольта.

Обнаружить частицы такой массы не под силу даже Большому адронному коллайдеру, а если асимметрия электрона действительно существует, то для ее выявления потребуются еще более совершенные приборы будущего поколения. Более того, повышенная точность новых измерений может показать, что даже при наличии асимметрии электрона, она настолько незначительна, что не сможет объяснить дисбаланс материи и антиматерии во Вселенной. Вполне вероятно, что необходимо расширить поиск альтернативных объяснений этого важного явления.