Formen på elektronen är förvånansvärt Rund

elektronen, mot förutsägelser, verkar vara helt rund och väcker frågor om en av universums grundläggande byggstenar.

en elektrons form hänvisar till molnet av så kallade virtuella partiklar som tros omge en dimensionslös punkt. Forskare har förutspått att detta moln skulle vara något asfäriskt som ett resultat av dragningen från dess positiva och negativa poler.

men nu har fysikern Jony Hudson från Imperial College London och hans kollegor analyserat elektronens form i oöverträffad detalj och funnit att den är lika mycket en perfekt sfär som kan mätas, ner till mindre än en miljondel av en miljondel av en miljarddel av en centimeter.

” om vi skulle expandera elektronen upp till solsystemets storlek, har vi mätt sin form exakt till mindre än bredden på ett mänskligt hår”, berättade Hudson LiveScience.

bland de frågor som upptäckten väcker är varför universum inte innehåller lika delar av elektroner och deras sällsynta antimatter motsvarigheter, kallade positroner.

kosmiska konsekvenser

forskare tror att elektroner själva är punktliknande föremål som saknar någon höjd, bredd eller djup alls. Samtidigt är det till synes tomma utrymmet som omger elektronen ”full av par av partiklar och antipartiklar som flotta in och ut ur existens — så kallade” virtuella partiklar ”-så modern fysik ser elektronen som oskiljaktig från molnet av virtuella partiklar som omger det, ” förklarade Hudson.

medan exakt mätning av detta moln är bortom förmågan hos moderna metoder, har forskare förutspått att det är mycket nära, men inte exakt, en sfär. En elektron kan tänkas på något som ett litet batteri, komplett med positiva och negativa poler, och detta drag från motsatta poler skulle i princip förvränga molnens form.

även om denna förvrängning skulle vara utomordentligt minut, skulle konsekvenserna vara i kosmisk skala. Till exempel kan denna avvikelse förklara ”varför universum verkar vara gjord av nästan helt Materia och ingen antimateria”, sa Hudson. ”De nuvarande teorierna om fysik förutsäger att det borde finnas ungefär lika stora mängder materia och antimateria.”

om elektronen inte var rund, kan den uppträda annorlunda än positronen, vilket skulle ge en möjlig förklaring till antimateriens gåta. Varje skillnad kan förklara varför Materia verkar vanligare än antimateria.

standardmodellen för partikelfysik förutspår för närvarande att någon distorsion i en elektrons form är alldeles för liten för att detektera, vilket är cirka 100 miljarder gånger bortom känsligheten hos nuvarande experiment. Men ” nästan alla fysiker tror att vår nuvarande teori om partikelfysik inte är allt och slutet,” sa Hudson.

till exempel behövs modifieringar av standardmodellen för att potentiellt förklara vilken mörk materia ? den osynliga, ännu oidentifierade komponenten som utgör cirka 85 procent av all materia i universum ? kan vara. Många av dessa modifieringar, såsom en teori som kallas supersymmetri, föreslår elektroner bör vara mycket mer skev i form än standardmodellen antyder.

hur man mäter en elektron

forskarnas experiment involverade avfyrningspulser av ytterbiummonofluoridmolekyler mellan elektrifierade plattor. Forskarna använde sedan lasrar för att mäta hur molekylerna vrids inom dessa elektriska fält för att härleda formen på deras elektroner. De övervakade 25 miljoner sådana pulser.

”svårigheten är att vi försöker mäta en så liten effekt”, sa Hudson. ”För att uttrycka det i sammanhang: om du tänker hårt och dina neuroner brinner, genererar de ett otroligt litet magnetfält. Detta magnetfält är tillräckligt stort för att förvränga en elektrons rörelse i den utsträckning som vårt experiment är bortskämd.”

som sådan måste de i stor utsträckning skydda sina instrument mot magnetfält, inklusive användning av metallskärmning och anpassad laboratorieutrustning som inte genererar magnetfält.

även om deras mätningar tyder på att elektronen är sfärisk, ”finns det fortfarande wiggle room — elektronen kan vara väldigt lite förvrängd, och med vår noggrannhet skulle vi inte ha observerat den förvrängningen”, sa Hudson.

” implikationen av vårt arbete är att standardmodellen för partikelfysik ännu inte har motbevisats, och de teorier som går utöver den har begränsats, men ännu inte motbevisats.”

till exempel sätter de nya mätningarna starka gränser för en av de mer populära teorierna för att förlänga standardmodellen, supersymmetri, sa han.

forskarna arbetar redan för att förbättra sin precision ytterligare.

”resultatet är spännande eftersom vi får reda på något nytt om en av de grundläggande byggstenarna i materien”, sa Hudson. ”Resultaten belyser nya teorier om partikelfysik.”

Hudson och hans kollegor beskriver sina resultat i maj 26-numret av tidskriften Nature.

följ LiveScience för det senaste inom vetenskap nyheter och upptäckter på Twitter @livescience och på Facebook.

Senaste nytt

{{ Artikelnamn }}

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.