Электроны действительно круглые. Новое измерение подтверждает сферическую форму субатомной частицы с рекордной точностью, сообщают физики в журнале Science.
Эта почти идеальная округлость углубляет тайну того, как Вселенная оказалась заполненной материей, а не антиматерией. Любая асимметрия в форме электрона, а именно в распределении электрического заряда частицы, указывала бы на родственную асимметрию в законах природы, которая могла бы объяснить эту особенность космоса.
Измерение свойства, известного на языке физиков как электрический дипольный момент электрона, вдвое точнее, чем предыдущее лучшее измерение формы электрона.
«Я не думаю, что Гиннесс отслеживает это, но если бы они это сделали, у нас был бы новый мировой рекорд», — говорит физик Таня Русси из Университета Колорадо в Боулдере. Новое измерение настолько точное, что если бы электрон был размером с Землю, любая асимметрия в его форме должна была бы быть в масштабе меньше атома.
Чтобы оценить форму частицы, Русси и её коллеги посмотрели, вращаются ли электроны в электрическом поле. Если бы электроны были не круглыми, а слегка яйцевидными, электрическое поле воздействовало бы на них крутящим моментом, подобно тому, как гравитация опрокидывает яйцо.
Чтобы увидеть этот крутящий момент, команда искала изменения в энергетических уровнях электрически заряженных молекул фторида гафния. Любой крутящий момент на электронах дал бы молекулам разные энергетические уровни в зависимости от того, в каком направлении было ориентировано «яйцо» относительно электрического поля. Исследователи не обнаружили разницы в энергетических уровнях молекул, что подтверждает округлость электрона.
На самом базовом уровне электроны представляют собой точечные частицы без определенного размера и формы. Но в квантовой теории поля электроны можно рассматривать как окруженные временными «виртуальными» частицами, которые появляются и исчезают, придавая каждому электрону сферический ореол электрического заряда. Если окажется, что этот ореол имеет слегка яйцевидную форму, это может указывать на то, как Вселенная стала перекошенной по отношению к материи.
Большой взрыв должен был создать материю и антиматерию в равных частях — они являются зеркальным отображением друг друга с противоположными электрическими зарядами. Но материя в нашей Вселенной распространена, а антивещества мало. Физики-теоретики предположили, что существование определенных субатомных частиц могло склонить чашу весов в сторону материи. Если бы эти частицы существовали, они также временно появлялись бы и исчезали вокруг электрона, делая его продолговатым.
Такие частицы были бы настолько массивными и, следовательно, требовали бы так много энергии для производства, что их невозможно было бы обнаружить даже на самом большом в мире ускорителе частиц, Большом адронном коллайдере недалеко от Женевы.
Это делает чувствительные исследования округлости электрона важным тестом для физиков элементарных частиц. И такие эксперименты будут улучшаться, проверяя частицы еще больших масс, говорит физик Дэвид Демилль из Чикагского университета, один из ученых, стоящих за предыдущим лучшим измерением округлости электрона.
На данный момент новый результат не показывает никаких следов каких-либо скрытых частиц, оставляя неразгаданной тайну того, как материя взяла верх. И это, по словам Демилля, «оставляет нас с вопросом о том, что там снаружи».
