Form af elektron er overraskende Rund

elektronen, mod forudsigelser, ser ud til at være perfekt rund og rejser spørgsmål om en af universets grundlæggende byggesten.

en elektrons form henviser til skyen af såkaldte virtuelle partikler, der menes at omslutte et dimensionsløst punkt. Forskere har forudsagt, at denne sky ville være lidt asfærisk som et resultat af træk fra dens positive og negative poler.

men nu har fysiker Jony Hudson fra Imperial College London og hans kolleger analyseret formen af elektronen i hidtil uset detaljer og fundet det at være så meget en perfekt kugle som kan måles, ned til mindre end en milliontedel af en milliontedel af en milliontedel af en milliarddel af en centimeter.

“hvis vi skulle udvide elektronen til at være størrelsen af solsystemet, så har vi målt dens form nøjagtigt til mindre end bredden af et menneskehår,” fortalte Hudson .

blandt de spørgsmål, som konstateringen rejser, er, hvorfor universet ikke indeholder lige store dele af elektroner og deres sjældnere antimaterielle modstykker, kaldet positroner.

kosmiske konsekvenser

forskere mener, at elektroner selv er punktlignende objekter, der mangler nogen højde, bredde eller dybde overhovedet. I mellemtiden er det tilsyneladende tomme rum, der omgiver elektronen, “vrimler af par partikler og antipartikler, der flyder ind og ud af eksistensen — såkaldte ‘virtuelle partikler’-så moderne fysik ser elektronen som uadskillelig fra skyen af virtuelle partikler, der omgiver den,” forklarede Hudson.

mens præcis måling af denne sky er uden for moderne metoders evne, har forskere forudsagt, at det er meget næsten, men ikke præcist, en sfære. En elektron kunne tænkes på noget som et lille batteri, komplet med positive og negative poler, og dette træk fra modsatte poler ville i princippet fordreje skyens form.

selvom denne forvrængning ville være ekstraordinært lille, ville konsekvenserne være i kosmisk skala. For eksempel kunne denne afvigelse forklare “hvorfor universet ser ud til at være lavet af næsten udelukkende stof og intet antimateriale,” sagde Hudson. “De nuværende teorier om fysik forudsiger, at der skal være omtrent lige store mængder stof og antimateriale.”

hvis elektronen ikke var rund, kunne den opføre sig anderledes end positronen, hvilket ville give en mulig forklaring på antimateriens Gåde. Enhver forskel kan forklare, hvorfor stof synes mere udbredt end antimateriale.

standardmodellen for partikelfysik forudsiger i øjeblikket, at enhver forvrængning i en elektrons form er alt for lille til at detektere, hvilket er omkring 100 milliarder gange ud over følsomheden af nuværende eksperimenter. Men ” næsten alle fysikere mener, at vores nuværende teori om partikelfysik ikke er alt og alt,” sagde Hudson.

for eksempel er ændringer af standardmodellen nødvendige for potentielt at forklare, hvad mørkt stof? den usynlige, endnu uidentificerede komponent, der udgør omkring 85 procent af alt stof i universet ? måske. Mange af disse ændringer, såsom en teori kendt som supersymmetri, antyder, at elektroner skal være langt mere skæve i form, end standardmodellen antyder.

Sådan måles en elektron

forskernes eksperimenter involverede fyringsimpulser af ytterbiummonofluoridmolekyler mellem elektrificerede plader. Forskerne brugte derefter lasere til at måle, hvordan molekylerne snoede sig inden for disse elektriske felter for at udlede formen på deres elektroner. De overvågede 25 millioner sådanne pulser.

“vanskeligheden er, at vi forsøger at måle en så lille effekt,” sagde Hudson. “For at sætte det i sammenhæng: hvis du tænker hårdt, og dine neuroner skyder, genererer de et utroligt lille magnetfelt. Dette magnetfelt er stort nok til at fordreje en elektrons bevægelse i det omfang, at vores eksperiment er forkælet.”

som sådan måtte de i vid udstrækning beskytte deres instrumenter mod magnetfelter, herunder brugen af metalafskærmning og brugerdefineret laboratorieudstyr, der ikke genererer magnetfelter.

selvom deres målinger tyder på, at elektronen er sfærisk, “er der stadig svingrum — elektronen kunne være meget lidt forvrænget, og med vores nøjagtighedsniveau ville vi ikke have observeret den forvrængning,” sagde Hudson.

” implikationen af vores arbejde er, at standardmodellen for partikelfysik endnu ikke er blevet modbevist, og teorierne, der går ud over det, er blevet begrænset, men endnu ikke modbevist.”

for eksempel sætter de nye målinger stærke grænser for en af de mere populære teorier for at udvide standardmodellen, supersymmetri, sagde han.

forskerne arbejder allerede på at forbedre deres præcision yderligere.

“resultatet er spændende, fordi vi finder ud af noget nyt om en af de grundlæggende byggesten i materie,” sagde Hudson. “Resultaterne kaster lys over nye teorier om partikelfysik.”

Hudson og hans kolleger beskriver deres resultater i 26.maj-udgaven af tidsskriftet Nature.

Følg LiveScience for det seneste inden for videnskab nyheder og opdagelser på kvidre @livescience og på Facebook.

seneste nyheder

{{ artikelnavn }}

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.