Τα ηλεκτρόνια έχουν όντως σφαιρικό σχήμα

Τα ηλεκτρόνια έχουν όντως σφαιρικό σχήμα

Οι φυσικοί τον τελευταίο καιρό έχουν εντατικοποιήσει την έρευνα τους για να δουν την προβλεπόμενη παραμόρφωση του ηλεκτρονίου και ελπίζουν έτσι να λύσουν το μυστήριο και της αντιύλης. Έτσι, σε μια νέα μέτρηση ακριβείας: του ηλεκτρονίου είδαν ότι πρόκειται για μια τέλεια σφαίρα, με μια ακρίβεια ένα μέρος προς 10¹⁵ και όχι οβάλ..

Μπορεί να ξέρουμε ότι κινείται με τεράστιες ταχύτητες, ότι είναι αρνητικά φορτισμένο και ότι είναι υπεύθυνο για την ηλεκτρική ενέργεια του κόσμου μας, αλλά τώρα μάθαμε ότι το ηλεκτρόνιο είναι όπως όλα δείχνουν απολύτως στρογγυλό, σχεδόν στο πρότυπο μιας τέλειας σφαίρας.

Η μέτρηση αυτή που είναι από τις ακριβέστερες μετρήσεις που έχουν γίνει μέχρι σήμερα, απογοήτευσε κάποιους επιστήμονες. Μια «ανωμαλία» στο σφαιρικό σχήμα του ηλεκτρονίου θα επιβεβαίωνε την ύπαρξη ορισμένων υποατομικών σωματιδίων της υπερσυμμετρίας, ενώ ίσως μας έδινε απαντήσεις για την τύχη της αντιύλης.

Κάποιοι φυσικοί ωστόσο δεν το βάζουν κάτω. Θεωρούν ότι μελλοντικές, ακόμη πιο ακριβείς μετρήσεις, ίσως “βάλουν” τα πράγματα στη θέση τους και αποδειχθεί η υπερσυμμετρία.

“Αν θέλετε να δείτε την ακρίβεια του σφαιρικού σχήματος αν φανταστείτε το ηλεκτρόνιο στο μέγεθος του ηλιακού συστήματος, τότε η απόκλιση από το σφαιρικό σχήμα φτάνει στο πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας," λέει ο φυσικός Edward Hinds από το Imperial College του Λονδίνου, που ηγήθηκε της ομάδας για τη μικροσκοπική μέτρηση. 

Ηλεκτρόνιο και Καθιερωμένο Μοντέλο 

Η τόση ενασχόληση των φυσικών με την τελειότητα της σφαίρας του ηλεκτρονίου δεν εμπίπτει στο πλαίσιο κάποιας επιστημονικής τελειομανίας. Το αν το υποατομικό σωματίδιο έχει απόλυτα σφαιρικό σχήμα ή όχι έχει καθοριστική σημασία για ορισμένες σύγχρονες θεωρίες οι οποίες προσπαθούν να συμπληρώσουν τα κενά του Καθιερωμένου Μοντέλου, όπως η υπερσυμμετρία.

Με βάση τα όσα ξέρουμε από το Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής έχουμε μάθει να «βλέπουμε» το ηλεκτρόνιο σαν μια αρνητικά φορτισμένη σφαίρα που κινείται γύρω από τον πυρήνα του ατόμου. Το Καθιερωμένο Μοντέλο όμως αδυνατεί να εξηγήσει ορισμένα φαινόμενα του Σύμπαντος. Γι’ αυτό ορισμένες θεωρίες, όπως η υπερσυμμετρία, έχουν έλθει να συμπληρώσουν τα κενά προσθέτοντας γύρω του ένα «νέφος» από θεωρητικά σωματίδια.

Η ύπαρξη όμως αυτών των σωματιδίων θα πρέπει να χαλάει την τέλεια σφαιρικότητα του ηλεκτρονίου: το σχήμα του αντί για απόλυτα σφαιρικό θα πρέπει να είναι ελαφρώς πεπλατυσμένο στους πόλους, όπως αυτό της Γης. «Αυτό που κάναμε εμείς ήταν να σχεδιάσουμε ένα πείραμα για να ελέγξουμε αυτό το ενδεχόμενο με ένα πολύ, πολύ υψηλό βαθμό ακριβείας» εξήγησε ο Edward Hinds.

Παρά το γεγονός ότι το ηλεκτρόνιο παραδοσιακά θεωρείται ως ένα απειροελάχιστο σημειακό φορτίο, στην πραγματικότητα σέρνει ένα νέφος από εικονικά σωματίδια γύρω του. Αυτά τα φευγαλέα σωματίδια αναδύονται από το κενό και μέσα σε ένα απειροελάχιστο χρόνο εξαφανίζονται. Αυτά λοιπόν τα φευγαλέα (virtual) σωματίδια συμβάλουν τόσο στη μάζας όσο και στον όγκο του ηλεκτρονίου. Όλα τα πειράματα μέχρι στιγμής έχουν δείξει ότι αυτό το νέφος είναι απολύτως σφαιρικό, αλλά τα υποθετικά εικονικά σωματίδια που προβλέπονται από τις επεκτάσεις του καθιερωμένου μοντέλου θα πρέπει να δημιουργούν ένα εξογκώνουν ελαφρώς το νέφος κατά μήκος του άξονα του σπιν του ηλεκτρονίου. Αυτή λοιπόν η διόγκωση του νέφους θα έκανε τη μια πλευρά του ηλεκτρονίου ελαφρώς πιο αρνητικά φορτισμένη από την άλλη, δημιουργώντας έτσι ένα ηλεκτρικό δίπολο παρόμοιο με το βόρειο και νότιο πόλο του μαγνήτη.

Οι φυσικοί υποστηρίζουν ότι θα έπρεπε να δούμε αυτό το ηλεκτρικό δίπολο σε ένα Σύμπαν που αποτελείται κατά κύριο λόγο από ύλη. Αν και μάλλον είχαν δημιουργηθεί ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης, μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, βλέπουμε σχεδόν να μην υπάρχει αντιύλη στο σημερινό σύμπαν. Αυτή λοιπόν η ασυμμετρία δεν είναι μόνο ότι υπονοεί μια κοσμική ευνοιοκρατία προς την ύλη, αλλά και υποδηλώνει ότι η φυσική δεν λειτουργεί πάντα με τον ίδιο τρόπο όταν ο χρόνος τρέχει προς τα πίσω αντί προς τα εμπρός.

Αποδεικτικά στοιχεία αυτής της χρονικής ασυμμετρίας θα μπορούσε να βρεθεί, παίζοντας μια ταινία ενός ιδιοπεριστρεφόμενου, ελαφρά συμπιεσμένου ηλεκτρονίου από την ανάποδη. Αν και τότε (στην προς τα πίσω κίνηση της ταινίας) η κατεύθυνση του ηλεκτρικού διπόλου θα παραμείνει αμετάβλητη, όμως το μαγνητικό δίπολο γύρω από το ηλεκτρόνιο – που εξαρτάται από την κατεύθυνση του σπιν – θα αντιστραφεί η κατεύθυνση του.

Η τελευταία λοιπόν μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature, έψαξε για το αποτέλεσμα αυτής της ασυμμετρίας στα σπιν των ηλεκτρονίων που εκτίθενται σε ισχυρά ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία – αλλά δεν βρήκαν τίποτα.

Βεβαίως, οι νέες μετρήσεις του ηλεκτρονίου δεν αποκλείουν την πιθανότητα της υπερσυμμετρίας, αλλά και δεν την στηρίζουν ως θεωρία. Οι φυσικοί δήλωσαν ότι μέσα στην επόμενη πενταετία θα καταστεί δυνατό να τετραπλασιαστεί η ακρίβεια των μετρήσεων, οπότε θα ξεκαθαριστεί οριστικά η βασιμότητα των θεωριών της υπερσυμμετρίας, σε συνδυασμό και με τις παρατηρήσεις του επιταχυντή του CERN.

Πηγή: Nature

Μετάφραση  physics 4u

και λίγη περισσότερη θεωρία . . .

Καθιερωμένο πρότυπο (Standard Model) : η θεωρία που περιγράφει τα στοιχειώδη σωματίδια και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις , εκτός της βαρύτητας.Σύμφωνα με αυτό το πρότυπο υπάρχουν 12 στοιχειώδη σωμάτια ( δες φωτογραφία ) 6 λεπτόνια και 6 κουαρκς. Τα στοιχειώδη σωμάτια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με την ανταλλαγή μποζονίων.