Die Form Des Elektrons Ist Überraschend Rund

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Das elektron scheint gegen vorhersagen vollkommen rund zu sein und wirft fragen zu einem der grundlegenden bausteine ​​des universums auf.

Das Elektron scheint gegen Vorhersagen vollkommen rund zu sein und wirft Fragen zu einem der grundlegenden Bausteine ​​des Universums auf.

Die Form eines Elektrons bezieht sich auf die Wolke aus sogenannten virtuellen Teilchen, von denen angenommen wird, dass sie einen dimensionslosen Punkt umgeben. Wissenschaftler haben vorausgesagt, dass diese Wolke aufgrund des Ziehens von ihren positiven und negativen Polen etwas asphärisch sein würde.

Aber jetzt haben der Physiker Jony Hudson vom Imperial College London und seine Kollegen die Form des Elektrons in bisher nicht gekanntem Detail analysiert und als ebenso perfekte Kugel betrachtet, wie man es messen kann, und zwar auf weniger als ein Millionstel Millionstel Millionstel ein milliardstel zentimeter.

"Wenn wir das Elektron auf die Größe des Sonnensystems ausdehnen würden, dann haben wir seine Form auf weniger als die Breite eines menschlichen Haares gemessen", sagte Hudson gegenüber WordsSideKick.com.

Zu den Fragen, die sich stellen, ist, warum das Universum nicht gleich große Anteile von Elektronen und deren seltenen Antimaterie-Gegenstücke, sogenannte Positronen, enthält. [Die coolsten kleinen Teilchen in der Natur]

Kosmische Konsequenzen

Wissenschaftler glauben, dass Elektronen selbst punktförmige Objekte sind, denen jegliche Höhe, Breite oder Tiefe fehlt. Inzwischen scheint der scheinbar leere Raum, der das Elektron umgibt, mit Paaren von Partikeln und Antiteilchen, die in und aus dem Dasein fließen, so genannten "virtuellen Partikeln" -, so dass die moderne Physik das Elektron als untrennbar von der Wolke der virtuellen Partikel betrachtet umgibt es ", erklärte Hudson.

Während die genaue Messung dieser Wolke über die Möglichkeiten moderner Methoden hinausgeht, haben Wissenschaftler sie als sehr nahe, aber nicht genau als Kugel bezeichnet. Man könnte sich ein Elektron wie eine winzige Batterie vorstellen, komplett mit positiven und negativen Polen, und dies würde die Form der Wolke prinzipiell verformen.

Obwohl diese Verzerrung außerordentlich winzig wäre, hätte dies kosmische Ausmaße. Zum Beispiel könnte diese Abweichung erklären, "warum das Universum fast ausschließlich aus Materie besteht und keine Antimaterie", sagte Hudson. "Die aktuellen Theorien der Physik sagen voraus, dass es ungefähr gleiche Mengen an Materie und Antimaterie geben sollte."

Wenn das Elektron nicht rund wäre, könnte es sich anders als das Positron verhalten, was dem Rätsel der Antimaterie eine mögliche Erklärung bieten könnte. Jeder Unterschied könnte erklären, warum Materie stärker verbreitet ist als Antimaterie.

Das Standardmodell der Teilchenphysik sagt derzeit voraus, dass jegliche Verzerrung in der Form eines Elektrons viel zu klein ist, um detektiert zu werden, und liegt damit etwa 100 Milliarden Mal über der Empfindlichkeit der aktuellen Experimente. "Fast alle Physiker glauben jedoch, dass unsere derzeitige Theorie der Teilchenphysik nicht das A und O ist", sagte Hudson.

Beispielsweise sind Modifikationen am Standardmodell erforderlich, um möglicherweise die dunkle Materie zu erklären. diese unsichtbare, noch nicht identifizierte Komponente, die etwa 85 Prozent aller Materie im Universum ausmacht? könnte sein. Viele dieser Modifikationen, wie eine Theorie, die als Supersymmetrie bekannt ist, legen nahe, dass Elektronen in ihrer Form weit stärker verzogen sein sollten, als das Standardmodell vermuten lässt.

Wie misst man ein Elektron?

Bei den Experimenten der Forscher wurden Pulse von Ytterbiummonofluoridmolekülen zwischen elektrifizierten Platten gezündet. Die Wissenschaftler verwendeten dann Laser, um zu messen, wie sich die Moleküle in diesen elektrischen Feldern verdrehten, um die Form ihrer Elektronen abzuleiten. Sie haben 25 Millionen solcher Impulse überwacht.

"Die Schwierigkeit ist, dass wir versuchen, einen so kleinen Effekt zu messen", sagte Hudson. "Um es in Zusammenhang zu bringen: Wenn Sie hart nachdenken und Ihre Neuronen feuern, erzeugen sie ein unglaublich kleines Magnetfeld. Dieses Magnetfeld ist groß genug, um die Bewegung eines Elektrons so zu verzerren, dass unser Experiment verdorben wird."

Daher mussten sie ihre Instrumente umfassend gegen Magnetfelder abschirmen, einschließlich der Verwendung von Metallabschirmungen und maßgeschneiderten Laborgeräten, die keine Magnetfelder erzeugen.

Obwohl ihre Messungen darauf schließen lassen, dass das Elektron kugelförmig ist, "gibt es immer noch Spielraum - das Elektron könnte leicht verzerrt sein, und mit unserer Genauigkeit hätten wir diese Verzerrung nicht beobachtet", sagte Hudson.

"Die Implikation unserer Arbeit ist, dass das Standardmodell der Teilchenphysik noch nicht widerlegt wurde und die darüber hinausgehenden Theorien eingeschränkt, aber auch noch nicht widerlegt wurden."

Zum Beispiel setzen die neuen Messungen starke Grenzen für eine der populäreren Theorien, um das Standardmodell, die Supersymmetrie, zu erweitern, sagte er.

Die Wissenschaftler arbeiten bereits daran, ihre Präzision weiter zu verbessern.

"Das Ergebnis ist aufregend, weil wir etwas Neues über einen der grundlegenden Bausteine ​​der Materie erfahren", sagte Hudson. "Die Ergebnisse beleuchten neue Theorien der Teilchenphysik."

Hudson und seine Kollegen beschreiben ihre Ergebnisse in der Ausgabe der Zeitschrift Nature vom 26. Mai.

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