De balans tussen materie en antimaterie in ons universum is een groots raadsel dat natuurkundigen al decennia lang proberen op te lossen. Nu, door zorgvuldig de kleine elektronen te bestuderen, hebben wetenschappers een manier gevonden om de puntjes op de i te zetten.
In 1897 ontdekte natuurkundige J. Thomson een deeltje dat bekend staat als een elektron. Sindsdien hebben wetenschappers moeite om een antwoord te vinden op een zeer interessante vraag: is de vorm van een elektron echt een perfecte bal? Op basis van wat we vandaag over deze deeltjes weten, is dit inderdaad het geval. In een interview met het futurisme zei Mordecai-Mark McLow, een astrofysicus bij het American Museum of Natural History, het heel subtiel. Volgens hem zijn elektronen rond "binnen de meetfout". Helaas is deze kennis voor natuurkundigen niet zozeer een antwoord als wel een hele reeks nog complexere vragen.
Sfericiteit van elektronen: verhit debat
Volgens het fysieke standaardmodel van het universum had het na de oerknal gelijke hoeveelheden materie en antimaterie moeten bevatten. De interactie van deze twee stoffen leidt onvermijdelijk tot wederzijdse vernietiging door de zogenaamde foton-explosie. Volgens deze logica kan het universum in zijn huidige staat gewoon niet bestaan - en toch zien we bewijs van het tegendeel.
Als gevolg hiervan zijn wetenschappers op zoek naar tekenen van asymmetrie in de verhouding tussen materie en antimaterie die zouden kunnen verklaren waarom de eerste stof vele malen meer is dan de tweede. Als de elektronen klonterig waren, maar ongeveer bolvormig, zou dit natuurkundigen de aanwijzing kunnen geven die ze nodig hebben. Maar helaas, blijkbaar is hun vorm perfect. De onderzoekers van JILA hebben echter een nieuwe methode gedemonstreerd om de vorm van elektronen te bestuderen die kan helpen bij het detecteren van de gewenste vervormingen.
De essentie van de nieuwe aanpak, zoals alles ingenieus, is vrij eenvoudig. Als het elektron een elektrisch dipoolmoment (EDM) zou hebben, zou dit zijn niet-bolvormige vorm aangeven. Eerder, in de zoektocht naar EDM, bestudeerden wetenschappers elektronen in "bundels" van specifieke atomen en moleculen. Helaas beperkt de beweging van de bundel de hoeveelheid tijd dat elektronen kunnen worden gemeten, en het kan vanwege deze factor zijn dat waarnemingen tot nu toe geen tekenen van EDM hebben getoond.
Het JILA-onderzoeksteam pakte het anders aan. In plaats van elektronen in een stroom neutrale deeltjes te bestuderen, isoleerden ze de moleculaire ionen van een anorganische verbinding die bekend staat als hafniumfluoride met behulp van een roterend elektrisch veld. In plaats van gewoon de ruimte in te vliegen, zoals in het geval van een straal, begonnen de ionen kleine cirkels te beschrijven. Hierdoor konden wetenschappers de beweging van elektronen 0,7 seconden volgen - 1000 keer langer dan in alle voorgaande experimenten!
Promotie video:
Mysterieuze verschijnselen
Bevestiging of weerlegging van de ronde vorm van elektronen lijkt misschien onbeduidend, maar het feit alleen al het bestuderen van de eigenschappen van elektronen speelt een zeer belangrijke rol. Op dit moment is de heersende overtuiging dat ongeacht het verloop van de tijd natuurwetten onschendbaar blijven. Maar als wetenschappers een niet-nul EDM vinden, zal het het begrip van de fundamentele niveaus van de fysica veranderen en mogelijk helpen bij het oplossen van het grote mysterie over de balans tussen materie en antimaterie, waaraan we ons bestaan te danken hebben.
Nu, na met succes de werkbaarheid van hun methode te hebben bewezen, zullen wetenschappers deze gaan verbeteren. Hoofdonderzoeker Eric Cornell heeft Science al verteld dat de onderzoekers denken dat ze de gevoeligheid, en daarmee de nauwkeurigheid van hun metingen, in slechts enkele jaren met een orde van grootte kunnen verhogen.
Andere groepen werken ook aan soortgelijke projecten om de bolvormigheid van elektronen te meten. Een team van Harvard en Yale heeft er bijvoorbeeld alle vertrouwen in dat ze volgend jaar de fout in hun berekeningen 20 keer zullen kunnen verminderen. Natuurkundigen van het Imperial College zijn van mening dat bestaande methoden, mits goed uitgevoerd, 1000 keer nauwkeurigere berekeningen mogelijk maken, waardoor een aantal controversiële theorieën over de potentiële EDM van elektronen worden geëlimineerd. En als hun ideale vorm uiteindelijk wordt bewezen, zullen natuurkundigen ergens anders op zoek moeten gaan naar het antwoord op een van de meest verbazingwekkende mysteries van het universum.
Vasily Makarov
