• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowcy odkrywają sferyczny kształt elektronu

    30.05.2011. 15:49
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Najdokładniejszy jak dotąd pomiar elektronu wykonany został przez zespół europejskich naukowców, a wyniki zaskakują sferycznym kształtem elektronu.

    W artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature naukowcy z Imperial College London w Wlk. Brytanii opisują swoje odkrycia dokonane w toku doświadczenia, które trwało ponad dekadę.

    Wyniki wskazują, że elektronowi do zakwalifikowania go jako formę doskonale kulistą brakuje zaledwie 0,000000000000000000000000001 cm. Zespół ustalił, że gdybyśmy byli w stanie powiększyć elektron do rozmiaru układu słonecznego, to ludzkiemu oku wydałby się on idealnie sferyczny z błędem nieprzekraczającym grubości ludzkiego włosa.

    Zespół fizyków przeprowadził badania, przyglądając się elektronom wewnątrz molekuł zwanych fluorkiem iterbu. Naukowcy wykorzystali bardzo precyzyjny laser do pomiarów ruchu tych elektronów.

    Udało im się stwierdzić, że elektrony są okrągłe, ponieważ jeżeli elektron nie miałby kształtu sferycznego, chybotałby się w szczególny sposób, wypaczający kształt pozostałej części molekuły niczym niewyważony wirujący bąk. Ponieważ zespół nie dostrzegł żadnego chybotania, wyciągnięto wniosek, że elektrony mają kształt okrągły.

    Dr Jony Hudson, jeden ze współautorów artykułu z Wydziału Fizyki Imperial College London, powiedział: "Jesteśmy naprawdę zadowoleni, że udało nam się pogłębić wiedzę o jednym z podstawowych elementów budulcowych materii. To był niezwykle trudny pomiar do wykonania, ale zdobyta wiedza umożliwi nam doskonalenie naszych teorii w obszarze fizyki podstawowej. Ludzie są często zaskoczeni słysząc, że nasze teorie fizyczne nie są 'skończone', ale tak naprawdę są stale dopracowywane i doskonalone, dzięki coraz dokładniejszym pomiarom, takim jak ten właśnie."

    Badania te posuwają naprzód rozwiązanie jednej z największych utrzymujących się tajemnic fizyki: dlaczego i jak materia przeważa nad antymaterią? Wedle obecnie przyjętego wśród fizyków myślenia, w czasie Wielkiego Wybuchu powstało tyle samo antymaterii co zwykłej materii. Niemniej odkąd naukowiec Paul Dirac po raz pierwszy wysunął w 1928 r. teorię istnienia antymaterii - nieuchwytnej substancji, która zachowuje się w taki sam sposób, jak zwykła materia poza tym, że ma przeciwny ładunek elektryczny - odkryto jedynie niewielkie jej ilości w źródłach, takich jak promienie kosmiczne i niektóre substancje radioaktywne.

    Ustalenie gdzie - i tak naprawdę czy - istnieją jakiekolwiek złoża antymaterii, których dotąd nie odkryto, stanowi główny cel badań w tym obszarze. Naukowcy starają się wyjaśnić ten brak antymaterii, poszukując niewielkich różnic między zachowaniem materii i antymaterii, których nikt dotąd nie zaobserwował.

    Jako że w przypadku antymaterii wersją ujemnie naładowanego elektronu jest dodatnio naładowany antyleketron, zwany również pozytronem, naukowcy z Imperial College London mają nadzieję, że pełniejsza wiedza o kształcie elektronu pozwoli im lepiej poznać zachowania pozytronów oraz potencjalne różnice między antymaterią a materią. To będzie cel kolejnego etapu prowadzonych badań.

    Współautor artykułu, profesor Edward Hinds, kierownik Centrum Zimnej Materii przy Imperial College London, wypowiedział się na temat konsekwencji tych prac: "Cały świat jest zbudowany niemal całkowicie z normalnej materii z jedynie niewielkimi śladami antymaterii. Astronomowie wyjrzeli na kraniec widzialnego wszechświata i nawet tam zobaczyli tylko materię - żadnych dużych schowków z antymaterią. Fizycy nie wiedzą po prostu, co się stało z całą antymaterią, niemniej badania te mogą nam pomóc w potwierdzeniu lub wykluczeniu niektórych z możliwych wyjaśnień."

    Zespół pracuje obecnie nad nowymi metodami schładzania molekuł do skrajnie niskich temperatur, aby udoskonalić pomiary kształtu elektronów i dokładnie kontrolować ruch molekuł. Pozwoli im to na badanie zachowania osadzonych elektronów daleko bardziej szczegółowo niż kiedykolwiek dotąd.

    Gdyby naukowcy odkryli, że elektrony nie są okrągłe, stanowiłoby to dowód na to, że zachowania antymaterii i materii różnią się bardziej niż fizycy dotychczas sądzili. Wyjaśniłoby to, w jaki sposób cała antymateria zniknęła z wszechświata, pozostawiając tylko zwykłą materię.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Odpychanie grawitacyjne − hipotetyczne oddziaływanie pomiędzy materią i antymaterią, którego istnienia nie potwierdzają wyniki badań eksperymentalnych, wskazujących raczej na taki sam charakter oddziaływań pomiędzy cząstkami materii i antymaterii jak pomiędzy dwiema cząstkami materii. Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), Magnetyczny Spektrometr Alfa – moduł-eksperyment z dziedziny fizyki cząstek, który został umieszczony na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i którego celem jest dokładny pomiar strumienia naładowanych promieni kosmicznych na niskiej orbicie wokółziemskiej. Eksperyment pozwoli na badanie formowania się Wszechświata, a także na poszukiwanie dowodu istnienia cząstek dziwnych, ciemnej materii oraz swobodnej antymaterii we Wszechświecie. Odkrycie choćby pojedynczych przypadków jąder antyhelu w promieniowaniu kosmicznym dostarczyłoby silnych dowodów na istnienie symetrii między materią i antymaterią. Ambiplazma – rozrzedzona mieszanina cząstek i antycząstek materii. Ambiplazma lekka jest mieszaniną elektronów i pozytonów, ambiplazma ciężka jest mieszaniną protonów i antyprotonów. Jeżeli ilość materii jest równa ilości antymaterii, to ambiplazma jest symetryczna, w ambiplazmie asymetrycznej jeden ze składników przeważa nad drugim. Pojęcie ambiplazmy wprowadzili Oskar Klein i Hannes Alfvén w latach 60. XX wieku w modelu kosmologicznym, według którego Wszechświat wyewoluował z symetrycznego obłoku mieszaniny materii i antymaterii. Model ten wkrótce upadł, gdyż założenie o symetrii materialnej Wszechświata okazało się błędne. We Wszechświecie antymateria występuje jedynie w ilościach śladowych. W roku 2006 Andrzej Mercik i Szymon Mercik opublikowali podstawy modelu kosmologicznego postulującego powstanie Wszechświata z obłoku ambiplazmy asymetrycznej (arXiv:physics/0604024).

    Bariogeneza – hipotetyczny proces zachodzący we wczesnym wszechświecie (krótko po Wielkim Wybuchu), w wyniku którego powstały główne składniki materii nukleony, czyli protony i neutrony. Podstawowym problemem, który usiłują wyjaśnić hipotezy dotyczące procesu bariogenezy, jest obserwowana we wszechświecie nierównowaga pomiędzy liczbą cząstek materii a antymaterii. Naturalną hipotezą jest, że powstający wszechświat powinien zawierać równą liczbę cząstek i antycząstek. Pojawia się zatem problem utworzenia z początkowo symetrycznego stanu wszechświata, obserwowanego obecnie stanu asymetrii pomiędzy materią i antymaterią. Materia egzotyczna - hipotetyczna koncepcja fizyki cząstek elementarnych; jest to każdy rodzaj materii, który nie jest zgodny z modelem klasycznym lub nie składa się z barionów. Materia tego typu miałaby niespotykane wśród normalnej materii cechy, takie jak np. ujemna masa (nie antymasa - antymateria ma masę dodatnią). Ujemna masa powodowałaby odpychanie grawitacyjne ciał zbudowanych z materii egzotycznej w miejsce przyciągania materii zwykłej. Według niektórych teorii mogłyby z niej być zbudowane tunele czasoprzestrzenne czy hipotetyczne gwiazdy takie jak gwiazdy Q.

    Antywodór – pierwiastek antymaterii (antypierwiastek), odpowiednik wodoru w materii. Atom antywodoru składa się z pozytonu (antyelektronu) i antyprotonu, analogicznie do atomu wodoru, składającego się z elektronu i protonu. Symbolem używanym na oznaczenie antywodoru jest H. Pozyton, antyelektron (nazywany też pozytronem wskutek kalkowania ang. nazwy positron) – elementarna cząstka antymaterii oznaczana symbolem e, będąca antycząstką elektronu. Należy do grupy leptonów.

    Imperial College London (właśc. The Imperial College of Science, Technology and Medicine) jest publicznym uniwersytetem położonym w Londynie. Specjalizuje się w badaniach oraz kształceniu w dziedzinie nauki, inżynierii oraz medycyny. Imperial College był częścią Uniwersytetu Londyńskiego do roku 2007, kiedy to uzyskał pełną niezależność, z okazji stulecia swego istnienia. Na Imperial College kształci się około 13 500 studentów, a kadra akademicka liczy ponad 3300 osób. Silnik napędzany anihilacją - to hipotetyczny typ silnika rakietowego, który miałby napędzać pojazd kosmiczny, wykorzystując do tego zjawisko anihilacji materii i antymaterii.

    Morze Diraca – teoretyczny model próżni jako nieskończonego morza cząstek posiadających negatywną energię, pierwszy raz zaproponowany przez brytyjskiego fizyka Paula Diraca w roku 1930, aby wytłumaczyć istnienie stanów kwantowych o negatywnej energii przewidywanych przez równanie Diraca dla relatywistycznych elektronów. Początkowo dziurę w morzu elektronów utożsamiano z protonem. Dopiero później postulowano istnienie pozytonu, czyli odpowiednika elektronu dla antymaterii. Został on odkryty w roku 1932.

    Antymateria – układ antycząstek. Antycząstki to cząstki elementarne podobne do występujących w zwykłej materii (koinomaterii), ale o przeciwnym znaku ładunku elektrycznego oraz wszystkich addytywnych liczb kwantowych (np. izospinu, dziwności, liczby barionowej itp).

    Zimna ciemna materia - jeden z rodzajów ciemnej materii. Postulat jej istnienia wynika z udoskonalenia teorii wielkiego wybuchu zawierającej dodatkowe założenia, że większość materii we wszechświecie składa się z materiału, który nie może być obserwowany, bo nie wytwarza promieniowania elektromagnetycznego (skutkiem czego jest ciemna), a cząstki tworzące tę materię poruszają się wolno (stąd jest zimna). Większość kosmologów traktowała zimną materię jako opis, jak wszechświat przeszedł z gładkiego początkowego stanu we wczesnym czasie (jak pokazują badania kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła) do rozkładu galaktyk i ich gromad, jaki widzimy dziś - wielkoskalowej struktury wszechświata. Zwykła materia – rodzaj materii barionowej, materia zbudowana z atomów pierwiastków chemicznych lub ich jonów, stanowiąca, jak się szacuje na podstawie analiz astrofizycznych, ok. 4,9% gęstości masy-energii Wszechświata. Atomy i jony składają się z elektronów (ładunek –1) i jąder o określonej liczbie nukleonówprotonów (ładunek +1) i neutronów (ładunek 0). Nukleony są barionami zbudowanymi z trzech kwarków. W przypadku neutronu i protonu są to tylko kwarki u i d.

    Tom W.B. Kibble, właśc. Tom Walter Bannerman Kibble – brytyjski fizyk-teoretyk, profesor i pracownik badawczy (senior) Imperial College London. Paradoks Kleina – paradoks w interpretacji rozwiązań równania Diraca zastosowanego do problemu odbicia elektronu od skończonej bariery potencjału. Równanie Diraca przewiduje, że odbity strumień materii elektronu jest większy od strumienia padającego, a strumień przepuszczony jest ujemny. Może zostać wyjaśniony tylko w ramach istnienia antycząstki elektronu – pozytonu.

    Dodano: 30.05.2011. 15:49  


    Najnowsze