Формата на електрона задълбочава загадката относно барионната асиметрия на нашата Вселена
Идеално кръглата форма на електрона бе доказана посредством невиждано точно премерване. Макар и предстоящо, това премерване повдига нови въпроси за асиметрията на материята и антиматерията във Вселената. Последиците от това проучване са обилни, защото в последна сметка могат да ни оказват помощ да разберем за какво във Вселената доминира материята, а не антиматерията.
В безпределно дребния свят на квантовата физика всяка парченце и всяко взаимоотношение са от голяма важност. Електроните, вездесъщите субатомни частици, са в основата на нашето схващане за Вселената. Поведението и характерностите им се учат с особена точност, защото в тях може да се крият ключове към някои от най-големите загадки на физиката. Една от тези загадки е асиметрията на материята и антиматерията във Вселената – мистерия, която тормози учените от десетилетия.
Винаги се е считало, че електронът е идеално кръговиден. Последните измервания обаче потвърдиха тази кръгла форма с рекордна акуратност, което потопи физиците в още по-дълбока мистерия. Защо тази закръгленост е толкоз значима? Последиците от това проучване направено от интернационален екип от учени под управлението на доктор Джейкъб Барон от Националния институт за стандарти и технологии (NIST) в Съединени американски щати са големи, защото в последна сметка може да ни оказват помощ да разберем за какво във Вселената доминира материята, а не антиматерията. Научната работа на екипа е оповестена в списание Science.
Асиметрията на материята и антиматерията: една непреходна мистерия
Според актуалните космологични теории Големият гърмеж – първичната детонация, довела до появяването на познатата ни Вселена – е трябвало да създаде равни количества материя и антиматерия. Антиматерията в прочут смисъл е отражение на материята: всяка парченце материя има съответстваща парченце антиматерия с противопоставен заряд. Когато материята и антиматерията се срещнат, те се анихилират взаимно, освобождавайки огромни количества сила.
Но това, което следим във Вселената, опонира на тази доктрина. Във Вселената, каквато я познаваме, доминира материята. Галактиките, звездите, планетите и ние самите сме формирани от материя. Антиматерията, макар че се образува при някои нуклеарни реакции и в ускорителите на частици, изненадващо отсъства в мащабите на Вселената. Този превес на материята над антиматерията физиците назовават асиметрия на материята и антиматерията и е една от огромните неразгадани загадки на физиката.
Кръглата форма на електрона е евентуален ключ към решението
За да се опитат да разгадаят тази мистерия, учените се обръщат към света на субатомните частици, по-конкретно към електрона. Електронът е обикновена парченце с негативен заряд, която се върти към ядрото на атома. Дълго време се считаше, че електронът е идеално кръговиден, което значи, че зарядът му е отмерено разпределен към него.
Ако обаче електронът не е идеално кръговиден, а е леко объл или деформиран, това може да значи асиметрия в самите естествени закони. Тази асиметрия би могла да се прояви като неравномерно систематизиране на заряда на електрона, с лек превес на едната страна над другата. Ако такава асиметрия съществува, тя би могла да изясни за какво при Големия гърмеж се е образувала повече материя, в сравнение с антиматерия, вследствие на което се е появила Вселената, доминирана от материя, която следим през днешния ден.
Измерване на закръглеността благодарение на въртене
Изследователският екип употребява комплициран пробен способ, с цел да изследва формата на електрона. Учените са употребявали молекули на хафниев флуорид – вещество, чиято специфичност е, че електронът е доста надалеч от ядрото, което го прави по-чувствителен към евентуалните резултати на неравномерното систематизиране на заряда. Тези частици са били електрически заредени и са били държани във вакуумна камера, с цел да се избегнат разстройствата от други частици или електромагнитни полета.
След като молекулите на хафниевия флуорид са сложени на място, откривателите ползват електрическо поле и следят държанието на електроните. По-конкретно те са следили дали електроните се въртят или осцилират в това електрическо поле. Ако електроните не са идеално кръгли, а леко овални или деформирани, електрическото поле ги кара да се въртят, променяйки енергийните равнища на молекулите на хафниевия флуорид.
Но макар прецизността на опита откривателите не откриха разлика в тези енергийни равнища, без значение от приложеното електрическо поле. Както се показва в известието за пресата, това ясно демонстрира, че електроните са идеално кръгли.
Какво следва?
Това удостоверение на идеално кръглата форма на електрона, въпреки и в сходство с упованията, има дълбоки последствия за разбирането ни за Вселената и асиметрията на материята и антиматерията. То подсказва, че в случай че съществува асиметрия в естествените закони, тя би трябвало да се демонстрира по по-фин метод, в сравнение с сме в положение да открием понастоящем.
За да обяснят асиметрията на материята и антиматерията във Вселената, някои теоретични физици са предположили съществуването на незнайни субатомни частици. Тези частици, в случай че съществуват, могат да имат свойства, които да наклонят салдото в интерес на материята по време на Големия гърмеж. По-конкретно тези частици биха могли да се появяват и изчезват към електрона – събитие, известно като „ квантови флуктуации “.
Те обаче ще бъдат толкоз солидни и затова ще изискват толкоз доста сила за основаването си, че няма да могат да бъдат открити даже от най-големия ускорител на частици в света – Големия адронен колайдер (LHC) край Женева. Ето за какво проучването на кръглата форма на електроните е толкоз значимо. Ако тези частици в действителност съществуват и въздействат на формата на електрона, измерването на неговата закръгленост може да бъде индиректен, само че ефикасен метод за разкриване на тяхното наличие.
