Баланс между материей и антиматерией в нашей Вселенной — это грандиозная загадка, над разгадкой которой физики бьются много десятилетий. Теперь же, внимательно изучив крошечные электроны, ученые нашли способ расставить все точки над i.
В 1897 году физик Дж. Томсон обнаружил частицу, известную как электрон. С тех самых пор ученые бьются над поиском ответа на весьма интересный вопрос: в самом ли деле форма электрона — это идеальный шар? Исходя из того, что мы знаем об этих частицах на сегодняшний день, это и в самом деле так. В интервью порталу Futurism Мардохей-Марк Мак Лоу, астрофизик из Американского музея естественной истории, выразился весьма деликатно. По его словам, электроны круглые «в пределах погрешности измерения». К сожалению, для физиков в этом знании кроется не столько ответ, сколько целый ряд еще более сложных вопросов.
Согласно стандартной физической модели Вселенной, после Большого Взрыва в ней должно было содержаться равное количество материи и антиматерии. Взаимодействие двух этих веществ неизбежно приводит к взаимной аннигиляции из-за так называемого фотонного взрыва. Согласно этой логике, Вселенная в ее текущем состоянии просто не может существовать — и все же мы наблюдаем доказательство обратного.
Как следствие, ученые ищут любые признаки асимметрии в соотношении материи и антиматерии, которые могли бы объяснить, почему первого вещества в разы больше, чем второго. Если бы электроны были комковатыми, лишь в общих чертах имеющих сферическую форму — это могло бы дать физикам необходимую зацепку. Но, увы, судя по всему, их форма идеальна. Однако исследователи из JILA продемонстрировали новый метод изучения формы электронов, который может помочь обнаружить желанные искажения.
Суть нового подхода, как и все гениальное, довольно проста. Если бы электрон обладал электрическим дипольным моментом (ЭДМ), это указывало бы на его несферическую форму. Ранее, в поисках ЭДМ ученые изучали электроны в «пучках» конкретных атомов и молекул. К сожалению, движение луча ограничивает количество времени, в течение которого могут быть измерены электроны, и может быть из-за этого фактора до сих пор наблюдения не показывали никаких признаков ЭДМ.
Команда исследователей из JILA использовала другой подход. Вместо того, чтобы изучать электроны в потоке нейтральных частиц, они выделили молекулярные ионы неорганического соединения, известного как фторид гафния, с помощью вращающегося электрического поля. Вместо того, чтобы, как в случае с лучом, просто улететь в пространство, ионы начали описывать небольшие круги. Это позволило ученым отслеживать движение электронов в течение 0,7 секунды — это в 1000 раз дольше, чем во всех предыдущих опытах!
Подтверждение или опровержение круглой формы электронов может казаться несущественным, однако сам факт изучения характеристик электронов играет очень важную роль. В настоящее время господствует убеждение, что вне зависимости от движения времени физические законы остаются незыблемыми. Но если ученые обнаружат ненулевой ЭДМ, это изменит понимание фундаментальных уровней физики и, потенциально, поможет решить великую загадку о балансе материи и антиматерии, которому мы обязаны самим своим существованием.
Теперь, после успешного доказательства работоспособности своего метода, ученые начнут совершенствовать его. Ведущий исследователь Эрик Корнелл уже рассказал журналу Science, что, по мнению исследователей, всего за несколько лет они смогут на порядок повысить чувствительность, а значит и точность результатов своих измерений.
Другие группы также работают над аналогичными проектами по измерению сферичности электронов. К примеру, команда из Гарварда и Йеля уверена, что уже в следующем году сможет уменьшить погрешность своих вычислений в 20 раз. Физики из Имперского колледжа считают, что уже существующие методы при должной работе позволят проводить в 1000 раз более точные вычисления, что позволит исключить целый ряд спорных теорий, сосредоточенных вокруг потенциального ЭДМ электронов. И если их идеальная форма будет в итоге доказана, то физикам придется искать ответ на одну из самых удивительных загадок Вселенной где-нибудь еще.
