Veškerá známá hmota ve vesmíru se skládá ze šesti kvarků, šesti leptonů a všechny jevy, které ve vesmíru pozorujeme, dovedeme vysvětlit pomocí tří různých interakcí. To je vládnoucí Standardní model částicové fyziky v kostce, k němuž ještě fyzici s komplikovanými pocity připojují gravitaci a zatím zcela přízračné gravitony.
Nedávné vytěžení Higgsova bosonu z takřka nekonečné záplavy dat Velkého hadronového urychlovače LHC sice po celém světě slavili jako triumf vůle Standardního modelu, fyzici ale jedním dechem dodávají, že v našem poznání jsoucna jsou stále ještě podstatné mezery. Zpoza hranic Standardního modelu nás vábí rozmanité divoké koncepty s ambicí doplnit díry v realitě, v čele s teoriemi supersymetrie. A právě supersymetrie nedávno inkasovala důrazný pravý hák.
Bitvy o rozšíření Standardního modelu probíhají v hlubokém vesmíru, v ohromujících srážkách částic nejvýkonnějších urychlovačů a kupodivu také při zdánlivě pokojném měření tvaru elektronu. Asi jen málokoho by napadlo, že změření vnadů natolik všední částice může otřást teoriemi, které se snaží posunout hranice poznání za Higgsův boson. Tým experimentu ACME EDM (Advanced Cold Molecule Electron – Electric Dipole Moment), kterému na Harvardu šéfují David DeMille, John Doyle a Gerald Gabrielse, nedávno s doposud největší přesností změřil tvar elektronu a ukázalo se, že je právě takový, jak elektrony vidí Standardní model. Jinými slovy, na dosažené úrovni přesnosti je prostě kulatý.
Mnohé teorie z divočiny za hranicí Standardního modelu totiž předpovídají, že elektrony nejsou ideálně kulaté. Pokud by například existovaly jisté supersymetrické částice, tak by elektrony nebyly kulaté, ale tak trochu vejcovité. Jejich deformace by měly být sice jenom velice nepatrné, ale přeci jenom už v dosahu experimentů, jako je právě ACME.
V tomto experimentu měřili tvar elektronů analýzou elektrického dipólového momentu. Využili k tomu elektrony uvnitř polární molekuly (tedy molekuly se stálým a nenulovým dipólovým momentem) oxidu thornatého ThO. Není to samozřejmě náhoda, thorium tvoří oxidy s extrémními vlastnostmi a právě molekuly oxidu thornatého jsou šíleně polární a mají největší známé vnitřní elektrické pole.
Experiment ACME změřil tvar elektronu více než desetkrát citlivěji, než to zatím kdo dokázal. Podle DeMilleho kouzelného přirovnání bychom si měli představit elektron nafouklý do velikosti planety Země a na něm pak měření v řádu desetitisíciny lidského vlasu. Což je nářez. Standardní model to přesto ustál. Ani tak nesmírně citlivé měření žádné deformace elektronů neodhalilo. Buď jsou ještě nepatrnější anebo, chce se říct bohužel, vůbec žádné nejsou. Mnohé teorie s novými elementárními částicemi, včetně řady variant supersymetrie tím pádem dostaly pořádný výprask. Je to dobře? V zásadě asi ano. Standardní model funguje a drží nás při smyslech ve víření všehomíra. Na druhou stranu, je to nuda. Zjevně si to myslí i tým experimentu ACME, jejichž reakcí kupodivu není „super, máme hotovo, potvrdili jsme model“, nýbrž bojovné „Nevzdáváme se!“ Během příštích pár let se chystají měření experimentu ACME ještě desetkrát zpřesnit, Pokud se jim to podaří, tak zůstanou nadějným hráčem v lovu na přízračné částice v divočině za Standardním modelem.
Literatura
Eureka Alert 19. 12. 2013, Science Express 19. 12. 2013, Wikipedia (Standard Model, Electric dipole moment, Thorium).
Diskuze:
Pár poznámek
Vladimír Wagner,2013-12-30 00:08:09
Dovolil bych si opravit několik chyb a neporozumění v článku i v diskuzi:
1) Určení elektrického dipólového momentu nic neřekne o tvaru elektronu (ukazuje separaci záporného a kladného náboje v daném objektu - asymetrii rozložení náboje). O tvaru by něco mohl říct elektrický kvadrupólový moment (ten vzniká v případě, že máte objekt s rovnoměrně rozloženým nábojem, který není sféricky symetrický). Elektrický dipólový moment opravdu nerozliší, zda má objekt kulový či elipsoidální, či jiný tvar. To se dá určit z elektrického kvadrupólového momentu. Elektrický dipólový moment řekne to, zda (třeba i u kulového objektu) máte asymetrické rozložení náboje.
2) Ani elektrický dipólový a ani elektrický kvadrupólový moment nic neřeknou o rozložení hmotnosti. Vliv má na ně pouze náboj, takže se týkají jen rozložení náboje (tedy opravdu nejde o posun náboje vůči hmotnému středu, jak píše Petr Kotek).
3) Rozměr elektronu není 1E-18 m, to je jen nejmenší rozměr, který jsme v současné době schopni měřit. A víme pouze, že elektron je menší. Ve standardním modelu je elektron bodový (a tím také bez rozložení náboje a bez elektrického dipólového i kvadrupólového modelu).
Myslím si
Milan Závodný,2013-12-30 07:25:53
že bolo zbytočné hovoriť o zatiaľ takmer dokonalej guľatosti elektrónu, asi išlo skôr o obrazné vyjadrenie kvôli "ľudskejšiemu" chápaniu nepochopiteľného sveta častíc. Jednoducho hľadá sa čosi, čo by sa dalo nazvať tvar a u elementárnych častíc je to dosť zapeklitá vec. Merať vlastnosti náboja elektrónu, to ešte akosi ide, ale ako mohli zmerať hmotnostný stred... Gravitácia v. magnetizmus, to je veľký nepomer síl.
Petr Jíčínský,2014-01-01 17:35:13
Já to vnímám jako výzkum spíše praktický, než s nějakým významem pro elektron. Vzhledem k tomu, že se elektron za jinak daných podmínek nebude chovat vůbec jako částice, ale pouze jako vlna, je tohle měření zcela k ničemu. Stejně tak by se dalo koumat nad tím, jestli je elektronové vlnění opravdu hladké, nebo jsou na něm hrbolky.
Jak jsem to pochopil z prvního videa
Petr Kotek,2013-12-29 21:36:10
Jedná se nikoliv o měření kulatosti elektronu, ale o dipólový moment, tj. vzdálenost středu hmotnosti elektronu (těžiště) od středu elektrického náboje elektronu. Dle měření je tato vzdálenost menší než 10 na -28 cm, což dle obrázku eliminuje některé teorie, předpovídající tuto vzdálenost větší.
O tvaru elektronu (tj. asi rozložení jeho hmotnosti v prostoru) toto měření nic neříká. Zrovna tak, jako o rozložení jeho náboje.
Co se týká přirovnání k Zemi, tak někde jsem našel udávanou velikost elektronu 1E-18 m. Při jeho "zvětšení" na velikost Země (cca 1E7m) by dipólový moment byl menší než 1E-5m, čili 10 mikrometrů. Taková asi byla přesnost měření.
(Přesněji řečeno, dipólový moment se udává v jednotkách q*m, ale vzhledem k tomu, že náboj elektronu je jednotkový, tak jsem uváděl jen vzdálenosti.)
Hmmm
Jaroslav Řezník,2013-12-29 15:28:03
Taky jsem z toho jelen. Stále se přeci tvrdí, že to jak vypadá částice jsou jen modely. Navíc jak se tedy projevuje ta podvojnost elektronu jako vlny a částice?
Som s toho jeleň.
Milan Závodný,2013-12-29 09:33:52
A čo kvantová neurčitosť? Dávno si predstavujem elektrón, aj každú inú časticu, ako silové pole. Že by mal byť elektrón gulička, to počujem prvý raz. Veď už len fakt, že má náboj, hmotnosť a spin mu dáva právo nebyť guľatý. A potom: Ako si zachováva guľatosť v prípade interakcie? A ako mohla byť zmeraná guľatosť, a zároveň nebyť atakovaný meracím zariadením? Skrátka, som z toho...
pan Skácel,
Juraj Chovan,2013-12-28 23:18:48
no ja neviem, ale ak sa dobre pamätám tak štandardný model predpokladá že elektrón je bodová častica. A bod je proste bod, je jedno či je guľatý, kockatý alebo neviem ešte aký. Ak v článku hovoria že ak elektrón zväčšíme na rozmer Zeme tak neguľatosť je menšia ako desaťtisícina hrúbky vlasu, tak je jasné že nehovoria o bodovej častici.
Takže súhlasím s Vami že autor článku mieša hrušky s jablkami - teda elektrón s orbitálom - ale to čo zrejme merali nebola sférickosť elektrónu ale sférickosť s-orbitálu.
elektron/orbital
Honza Skácel,2013-12-28 21:36:09
v textu michate orbitaly s elektronama... orbitaly maji ruzny tvar, oni ale merili sfericnost pouze elektronu.
sférický elektron
Stanislav Kaštánek,2013-12-28 21:25:51
Není zrovna lehké pochopit, jak se změřil přesně kulatý elektron u ThO, když kyslík má elektronovou konfiguraci O: 1s2, 2s2, 2p4, orbitaly s jsou sférické , ale obrbitaly p mají tvar "činkovitý" podle os x, y a z. A thorium má protové číslo 90, čili elektronů 90 v 7 vrstvách se hemží elektrony s orbitaly s, p, d,f. S trochou nezdravého zjednodušení lze říci, že jeden elektron ( obrital s) je kulový, a to přesně. O víc elektronech, tedy v orbitalech p,d, f se tam nemluví. Já jsem s kulatým elektronem docela spokojen. Různě tvarované elektrony možná uvidím na Silvestra.
http://cs.wikipedia.org/wiki/Z%C3%A1kladn%C3%AD_interakce
Síly interakce jsou asi 4, ale gravitaci se nedaří začlenit do velkého sjednocení, což článek také říká.
Tři
Karel Bahný,2013-12-28 15:45:44
Ve standardním modelu jsou skutečně interakce jen tři. Gravitace tam není. Tu nejlépe popisuje Einsteinova OTR, ve které je to ale jen zakřivený časoprostor, tedy úplně jiný koncept - žádné intermediální částice, žádné kvantování. Existují i jiné koncepty, třeba Verlindův, podle kterého je gravitace jen makroskopickým projevem růstu entropie mikroskopických systémů.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
