|
Электроны практически бессмертны
|
|
|
|
Основы физики предполагают, что электроны практически бессмертны. Но недавно был проведен замечательный эксперимент, которому удалось опровергнуть это фундаментальное предположение. Правда, узнав его результаты, вы наверняка обхохочетесь: пересмотренный минимальный «срок годности» электронов составил 60 000 йотталет (!) — это в пять квинтиллионов раз больше возраста нашей Вселенной.
|
 |
|
Йоттагоды
|
|
|
|
Электрон — самая легкая субатомная частица, переносящая отрицательный электрический заряд. Он не имеет известных науке составляющих, поэтому считается базовым строительным блоком Вселенной, элементарной частицей.
|
|
|
|
Международная группа ученых, работающих над экспериментом Borexino в Италии, искала признаки распада электронов на более легкие частицы, но, как и ожидалось, ничего не нашла. На самом деле, это неплохо, потому что подтверждает то, что физики давно подозревали. Если бы они обнаружили, что электроны распадаются на фотоны и нейтрино — частицы с еще меньшей массой — это бы нарушило закон сохранения электрического заряда. Такое открытие указало бы в направлении совершенно новой физики за пределами Стандартной модели.
|
|
|
|
Borexino
|
|
|
|
Однако этой же команде ученых удалось сделать самое точное измерение «срока жизни» электронов. Их расчеты показали, что частица, существующая сегодня, будет существовать еще 66 000 йотталет (6,6 х 10^28 лет), а это примерно в пять квинтиллионов раз больше возраста Вселенной. Детали этой работы появились в научном журнале Physical Review Letters.
|
|
|
|
Вот как объясняется этот экстремальный пируэт:
|
|
|
|
«Borexino состоит из оболочки на основе масляной жидкости, которая загорается, когда нейтрино — почти безмассовая нейтральная частица — выбивает электрон из одного из атомов в жидкости. 2000 фотоумножителей детектора усиливают излученный свет. Ученые определили чувствительность детектора к фотонам, произведенным гипотетическим распадом электрона на фотон и нейтрино. Затем они искали фотонные «события» ниже этого фона с энергией порядка 256 КэВ, соответствующей половине массы покоя электрона».
|
|
|
|
После 408 дней прочесывания данных они не нашли ничего. Но им все же удалось определить среднюю жизнь электрона.
|
|
|
|
Новый нижний порог
|
|
|
|
Конечно, все это не означает, что электроны проживут так долго. Во-первых, Вселенной за это время уже не станет, скорее всего. И даже если она будет — скажем, после сценария Большого Разрыва — фундаментальные свойства частиц вроде электронов, скорее всего, будут совершенно другими.
|
|
|
|
Второе, и более важное, заключается в том, что новые измерения сдвинули прежнюю оценку нижней границы «продолжительности» электрона. Новое значение в 100 раз больше предыдущего нижнего порога, который был определен в рамках похожего эксперимента в 1998 году. Теперь известно, что если такая реакция должна произойти, то меньше одного раза в каждые 6,6 х 10^28 лет.
|
|
|
|
Никаких признаков распада
|
|
|
|
Причина ужасно долгой продолжительности должна как-то соотнестись с тем фактом, что ученые не уверены целиком и полностью в том, что электроны обладают иммунитетом к распаду. Наблюдения, сделанные учеными Borexino (или, скорее, их отсутствие), предполагают, что поскольку мы не видели распада электронов, их срок жизни должен быть не меньше того, что предполагают новые расчеты.
|
|
|
|
Шон Кэрролл, профессор кафедры физики Калифорнийского технологического института, так объяснил это в письме Gizmodo:
|
|
|
|
«Распад — это естественный процесс в физике частиц; тяжелые частицы, как правило, распадаются на более легкие. Нейтрон, предоставленный сам себе, к примеру, распадется на протон, электрон и антинейтрино в течение нескольких минут. Это такая версия распада радиоактивных ядер вроде урана в исполнении элементарных частиц.
|
|
|
|
Но есть вещи, которые, кажется, никогда не произойдут, которые мы описываем законами сохранения. К примеру, суммарный электрический заряд не изменяется. Кроме того, «барионное число» (общее число протонов плюс нейтроны минус число антипротонов плюс антинейтроны) и «лептонное число» (электроны плюс нейтрино минус их античастицы) — тоже. Перед распадом у нас есть один нейтрон, заряд которого = 0, барионное число = 1, а лептонное число = 0. После распада заряд также = 0 (протон = +1, электрон = -1, антинейтрино = 0), барионное число = 1 (протон = 1, электрон и антинейтрино = 0) и лептонное число = 0 (протон = 0, электрон = 1, антинейтрино = -1).
|
|
|
|
Барионное и лептонное число никогда не менялись ни в одном из экспериментов — такое событие стоило бы Нобелевской премии — но в теории мы полагаем, что их изменения возможны и, возможно, происходили в ранней Вселенной. (Это могло бы помочь нам объяснить, почему в современной Вселенной больше материи, чем антиматерии)».
|
|
|
|
Но никто не ожидает, что изменится заряд. Эта величина решительно сохраняется.
|
|
|
|
Если бы электрический заряд не сохранился, это было бы очень и очень удивительное событие. Поэтому все думают, что электроны не распадаются».
|
|
|
|
Кэрролл говорит, что частицы, которые легче электронов, электрически нейтральны: нейтрино, фотоны, глюоны, гравитоны. Если бы существовали другие легкие заряженные частицы, мы бы их обнаружили к настоящему времени. Все указывает на то, что электрону не на что распадаться.
|
|
|
|
«Но искать непременно стоит! Это лотерейный билет — маловероятно, что вы что-нибудь найдете, но если найдете, то разбогатеете, — говорит Кэрролл. — К сожалению, никто ничего не нашел, но нулевые результаты — важная часть хорошей науки».
|
|
|
|
http://hi-news.ru/science/vy-ochen-udivites-kogda-uznaete-srok-godnosti-elektrona.html
|
