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 w Londynie 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.

© Unia Europejska 2005-2011

Źródło: CORDIS, Imperial College w Londynie

Referencje dokumentu: Hudson, J.J., et al. (2011) Improved measurement of the shape of the electron. Nature. DOI: 10.1038/nature10104.