Stanfordo universiteto (JAV) mokslininkai pasiūlė naują būdą, kaip patikrinti atomo ar net neutrono neutralumą. Naujasis metodas bus kur kas tikslesnis už dabartinius, todėl atsivers galimybė tyrinėti krūvius, gerokai mažesnius už elementarųjį elektrono krūvį. Mokslininkų darbas paskelbtas kovo 27 d. „Physical Review Letters“ internetiniame variante.

Tokie eksperimentai padės atsakyti į svarbius klausimus apie krūvio kvantavimą: kodėl gamtoje sutinkami krūviai yra elementariojo elektrono krūvio kartotiniai? Kodėl kai kurios dalelės apskritai jo neturi? Ar tikrai elektronai ir protonai tiksliai panaikina vienas kito krūvius?

Standartinis modelis, kol kas geriausia fizikų sukurta teorija, aprašanti elementariąsias daleles, jų savybes ir tarpusavio sąveikas, negali atsakyti į šiuos klausimus. Stanfordo tyrėjai teigia, kad alternatyvi Didžioji susijungimo teorija (angl. Grand Unified theory, GUT – teorija, sujungianti elektromagnetizmą, silpnąją ir stipriąją sąveikas) krūvių kvantavimą ir neutralumą paaiškina be jokių problemų.

Tačiau nepaisant to, manoma, kad magnetinis monopolis, teorinė dalelė, turinti tik vieną magnetinį polių, gali pasižymėti tam tikru nekvantuotu elektriniu krūviu, nors tai pažeidžia teorijos laiko apgręžtumo simetriją.

„Tai reiškia, kad mes turime iš naujo apmąstyti, kas yra krūvių kvantavimas ir kokioms sąlygoms esant jis galioja“, – pasakoja Stanfordo tiesinių greitintuvų centro mokslininkė Asimina Arvanitaki.

A. Arvanitaki ir jos kolegos tikisi, kad jų eksperimentas gali gerokai padidinti atomo krūvio nustatymo tikslumą: nuo 10-20 iki 10-28 elementariojo krūvio, t. y., šimtą milijonų kartų tiksliau.

„Tai primena atstumo nuo Žemės iki Saulės matavimą didesniu negu branduolio dydžio tikslumu“, – teigia mokslininkė.

Eksperimentas bus atliekamas tam tikru atomų interferometru – instrumentu, skirtu aptikti mažyčius skirtumų tarp atomų pasinaudojant jų banginėmis savybėmis. Pagal kvantinę mechaniką dalelė, kaip ir šviesa, turi bangos ilgį, kuris nusakomas matematine bangine funkcija.

Atomų interferometrą sudaro didelis 10 metrų ilgio vertikalus cilindras, kuriame ta pačia vertikalia kryptimi patalpinti dar du mažesni. Iš pradžių į žemiau esantį vidinį cilindrą įleidžiami 10 m/s greičiu skriejantys rubidžio atomai.

Atomams judant aukštyn juos paveikia itin tiksliai suderinti lazerių impulsai – išskaido jų bangines funkcijas į dviejų erdvėlaikio trajektorijų, pasižyminčių skirtingomis judesio kiekio vertėmis, superpoziciją. Lėčiau judanti banginės funkcijos komponentė vėliau rekombinuoja ir interferuoja.

Judesio kiekio skirtumas gali atitikti 1 m/s greičio skirtumą, o tai reiškia, kad viena komponentė pakils kur kas aukščiai už kitą. Greitoji komponentė, judėdama paraboline trajektorija, pasieks aukščiau esantį vidinį cilindrą, o lėtesnioji komponentė niekur neištrūks.

Tuo pasinaudodami tyrėjai įrenginyje gali sukurti du elektrinius potencialus: teigiamą aukštesniajame cilindre ir neigiamą žemesniajame. Jeigu rubidžio atomas turi mažą krūvį, kiekvieno cilindro banginės funkcijos komponentes paveiks įtampa. Tuomet tarp jų susidarys fazių skirtumas – viena komponentė virpės labiau negu kita.

Šį skirtumą galima išmatuoti. Kai toks eksperimentas vienu metu su milijonais atomų bus kartojamas milijonus kartų, gautos statistinės vertės leis nagrinėti 10-28 elementariojo elektrono krūvio dalį.

Tyrėjai toliau galvoja apie atomų skaičiaus padidinimą iki 100 milijonų arba susietųjų atomų būsenų panaudojimą (dar vieną kvantinės mechanikos numatomą atomų savybę). Šios naujovės leistų matavimų tikslumą padidinti net iki 10-30 elementariojo elektrono krūvio vertės.

Komentarai (0)