Paljud populaarsed füüsikateooriad nagu supersümmeetria ennustavad, et elektronidel on lisaks massile, laengule ja spinnile ka neljas omadus. Elektriline dipoolmoment.
Elektronid on negatiivselt laetud elementaarosakesed. Ja need moodustavad aatomite ja ioonide ümber elektronkatteid. Sellise kirjelduse leiab elektronide kohta igast tänapäeva õpikust. Kui aga teadlastel Saksamaalt, Tšehhi vabariigist ja USA-st õnnestub Jülichi superarvuti JUROPA abil konstrueeritud uue materjali abil täpsemate mõõtmiste tegemine, võib õpikutes toodud loetelud olulise täienduse saada.
Jülichi teadlased tahavad koos USA ja Tšehhiga tõestada, et elektriline dipoolmoment eksisteerib.
Nimelt usuvad paljud füüsikud, et elektronidel on lisaks püsiv elektriline dipoolmoment. Harilikult tekib elektriline dipoolmoment, kui positiivsed -ja negatiivsed laengud ruumis teineteisest eraldada. Sarnaselt magneti põhja -ja lõunapoolusele eksisteerib ka kaks elektrilist poolust.
Elektronide puhul on asi aga keerulisem. Neil ei tohiks ruumi dimensiooni üleüldse olla. Sellele vaatamata on olemas terve hulk standardmudelist lahknevaid teooriaid, mis baseeruvad dipoolmomendi eksisteerimisel. Samuti õnnestub nende teooriate abil selgitada, miks meile teadaolev universum üleüldse sellisena esmalt tekkis.
Valdavate teooriate kohaselt tekkis 13,7 miljardi aasta eest Suure Pauguga antiainet sama palju kui tavalist ainet. Kuna mõlemad annihileerivad teineteist, ei oleks tohtinud mitte midagi alles jääda. Peale energia. Praeguses universumis on aga tavalise aine ülekaal. Elektrilise dipoolmomendi abil loodetakse seda ebakõla selgitada.
Seni ei ole aga keegi suutnud elektroni teoreetilist neljandat omadust mõõta. Olemasolevad meetodid ei ole lihtsalt piisavalt tundlikud, kuid väike keraamilise materjali tükk võib seda varsti muuta. Marjana Ležaic, Konstantin Rushchanskii ja Nicola Spaldin disainisid Jülichi superarvuti JUROPA virtuaalses laboratooriumis eriliste omadustega materjali. Euroopium-baarium-titanaat peaks võimaldama senisest kümme korda täpsemaid mõõtmisi. Jülichi füüsikute kohaselt “peaks see olema piisav, et elektroni dipoolmomenti mõõta”
Siiski ei saa seda otseselt teha ning Jülichi füüsikud töötavad seetõttu koos Ameerika Yale’i ülikooli ning Tšehhi uurimisasutusega, et seda kaudselt teha. Yale’i teadurid on loonud eksperimentaalse aparatuuri, mis kasutab väga tundlikku SQUID magnetomeetrit, et mõõta keraamilise materjali magneetumust elektriväljas. Teadlaste eesmärgiks on näidata, et vastupidise elektrivälja korral esineb magneetumuses vahe. See oleks piisav tõend sellest, et elektroni elektriline dipoolmoment eksisteerib.
Elektronil saab diipoolmoment olla vaid elektroni spinnile paralleelse või antiparalleelse suunaga. Elektriväljas on enamik elektrone suunatud niimoodi, et nende dipoolmoment on väljaga paralleelne. Veidi vähem on vastupidise orientatsiooniga. See peaks viima mõõdetava magneetumuseni. Kui elektriväli on vastupidine, peaks see viima mõõdetava muutuseni magneetumuses. Seda muidugi juhul kui elektroni neljas omadus eksisteerib. Ilma selleta peaks magneetumus jääma täpselt samaks.
“Väga raske oleks olnud leida head materjali katse-eksitusmeetodi abil,” ütles Ležaic. Materjalil peab olema terve rida erilisi omadusi nagu kõrge magnetioonide konsentratsioon , magneetiline korrapäratus alla nelja kraadi Kelvini järgi ja ümberpööratav elektriline polarisatsioon. Arvutisimulatsioonide abil oli aga sobivat materjali tunduvalt kergem leida. Vaja oli ainult ainete keemilist koostist ning põhilisi kvantmehaanika võrrandeid. Nende abil arvutasid nad üksikute aatomite vahelised vastastikmõjud ning lokaalsed magnetilised omadused.
Töörühma kolleegid Prahas on juba materjali laboratooriumis sünteesinud ning kinnitanud Jülichis arvutatud omaduste olemasolu. Ainult kauaotsitud dipoolmoment on jäänud seni avastamatuks. “Soovimatud efektid segavad ikka veel mõõtmisi,” ütles Ležaic, “Kuid me töötame intensiivselt, et materjali omadusi veelgi parandada.”
Töörühma uurimus ilmus sellel nädalal ajakirjas Nature Materials.
Allikas:
Forschungszentrum Juelich: “Forscher suchen die vierte Eigenschaft des Elektrons.”
Loe lisaks:
Physorg: “Researchers seeking the fourth property of electrons.”