Американские учёные вновь попытались измерить дипольный момент электрона, который, предположительно, придает ему немного искажённую форму. Несмотря на максимальную точность экспериментов, асимметрии выявить не удалось.
Электрон — заряженная частица с минимальным зарядом. Неравномерный распределение заряда по полюсам может сделать его слабым диполем, что могло бы помочь объяснить преобладание материи над антиматерией. Поэтому физики стремятся измерить дипольный момент электрона с высокой точностью. Новые эксперименты достигли рекордной точности, но электрон показался «круглым». опубликован в журнале Science.
Теоретически после Большого взрыва Вселенной должно было образовать равное количество материи и антиматерии. Это главный ее признак: если бы их было поровну, они уничтожали друг друга, и возникновение звезд и всего остального стало бы невозможным. Поэтому физики стремятся измерить дипольный момент электрона с максимальной точностью: это фактически может стать ключом к пониманию самой возможности нашего существования.
В настоящее время в космосе преобладает обычная материя, а антиматерии почти не наблюдается. дисбалансОстаётся одной из самых больших загадок современной физики, и для её объяснения выдвинуто множество гипотез. Некоторые из них требуют разного рода асимметрии в строении субатомных частиц — например, неравномерного распределения заряда в электроне, делающем его слабым диполем. электрического дипольного момента электрона пока не обнаруживаютНе было обнаружено никаких асимметрий. Новые эксперименты с исключительной точностью подтвердили это.
Эрик Корнелл и его коллеги из Университета Колорадо и Национального института стандартов и технологий США исследовали дипольный момент электронов в молекулах фторида гафния, находящихся под воздействием сильного электрического поля (20 миллиардов вольт на сантиметр). Молекулы ионизировали, подвесили в глубоком вакууме, подвергли дополнительным полям и измерили энергетическое состояние электронов с помощью лазера.
Поведение электронов во внешнем поле зависит от электрического дипольного момента. Исследователи сравнивают это с яйцом, которое под действием гравитации всегда падает на бок. Точно так же распределение зарядов в электроне может менять его ориентацию под воздействием поля. Но симметричный электрон ведет себя как ровная сфера на столе: не меняет энергетические уровни в зависимости от направления внешнего поля.
В экспериментах физики зарегистрировали второй вариант, что подтверждает отсутствие у электронов дипольного момента. По словам учёных, точность измерений в два раза выше предыдущих результатов. «Если бы размер электрона был сравним с размером Земли, любая асимметрия не превышала бы радиуса одиночного атома», — добавилаТатьяна Русси, соавтор работы.
Существование дипольного момента электрона можно объяснить влиянием виртуальных частиц, постоянно появляющихся и исчезающих на его границе. Но сейчас известно: если дипольный момент существует, то он крайне мал. Его могут создавать лишь чрезвычайно тяжелые частицы, энергия которых достигает трех-четырех тераэлектронвольт. Для сравнения: масса протона составляет 940 мегаэлектронвольт, а электрона — 0,5 мегаэлектронвольта.
Даже Большой адронный коллайдер не способен обнаружить частицы такой массы. Если асимметрия электрона реальна, то ее выявлят лишь значительно более мощные инструменты будущих поколений. Повышенная точность новых измерений может означать, что если какая-то асимметрия у электрона есть, то она настолько мала, что не способна объяснить дисбаланс материи и антиматерии во Вселенной. Возможно, следует усилить поиски других объяснений этому важному явлению.