Множатся сообщения о результатах экспериментов, выходящих за рамки
Стандартной модели в физике элементарных частиц.
В университете графства Сассекс (Великобритания) исследователи под руководством
Эда Хайндса (Ed Hinds, Sussex University) провели измерения электрического
дипольного момента электрона
(http://xxx.lanl.gov/abs/hep-ex/0202014).
Эти исследования позволят ученым получить информацию о наличии внутренней стуктуры
электрона как частицы - распределение электрического заряда
в нем. Электрический дипольный момент электрона характеризует среднее расстояние
от центра масс частицы до гипотетических ее составляющих с
дробным электрическим зарядом. Направление дипольного момента
электрона
должно быть параллельно спину, поскольку за счет
спинового "движения" любая перпендикулярная спину составляющая момента в среднем
по времени
даст нуль. Это означает, что скалярное произведение спинового
и дипольного моментов является внутренней характеристикой электрона.
Поскольку при обращении времени проекция спина на выделенное направление меняет
знак, электрический дипольный момент электрона для выполнения
принципа T-инвариантности
(инвариантность относительно обращения времени - один из постулатов
Стандартной модели)
должен быть равен нулю. Любое другое значение дипольного момента свидетельствовало
бы о необходимости пересмотра современных представлений о строении вещества на субчастичном
уровне.
При полуклассическом рассмотрении можно говорить, что дипольный момент электрона
во внешнем электрическом поле стремится выровняться вдоль силовых
линий поля, в результате чего спин электрона начинает прецессировать
вокруг выделенного полем направления подобно гироскопу.
Затем исследователи сравнивают долю энергии электрического поля,
поглощенную электроном в состояниях "дипольный момент по полю" и "дипольный момент
против
поля". Основным недостатком такой методики является тот факт, что под действием электрического
поля электрон ускоряется и создает вокруг себя магнитное поле,
которое воздействует на спиновый магнитный момент электрона
и также влияет на характер прецессии спина.
Достоинством технологии измерения электрического дипольного момента электрона
в молекуле, а не в отдельном атоме,
как это обычно бывает, является то, что
в молекулах значения электрического поля могут быть существенно выше,
поэтому нежелательные магнитные эффекты маскируются.
В работе английских ученых исследовался фторид иттербия
(YbF). В этом соединении наблюдается сильная ионная связь,
благодаря
которой уже в средних электростатических полях молекула
поляризуется.
Суперпозиция внешнего и внутримолекулярного полей вызывает сильное
кулоновское притяжение иона
иттербия к иону фтора, удаленного всего на
несколько ангстрем
(десятых долей нанометра.
Дальнейшее уменьшение роли нежелательных магнитных эффектов происходит
вследствие
того, что молекулярная орбиталь имеет почти
цилиндрическую
форму, в отличие от орбиталей
в одиночном атоме, симметрия
которых близка к сферической.
В результате молекула становится "нечувствительной"
к магнитным полям, перпендикулярным ее оси.
Хайндс с сотрудниками разработали интерферометр,
измеряющий дипольный момент в
пучке молекул фторида иттербия. Для разделения
квантовых состояний
с противоположными направлениями спина
использовался лазер.
Электрические диполи передают различную
энергию каждому из
двух состояний,
изменяя их фазовые соотношения.
При рекомбинации
состояний амплитуда волновой
функции пучка заметно (измеримо) уменьшается.
В результате проведенных измерений была установлена
"оценка сверху" на величину
дипольного момента электрона, значение которой составило
(ecm, заряд электрона * метр). В опытах, проведенных в прошлом году Реганом и Комминсом
(Chris Regan and Eugene Commins) в
Калифорнийском университете в Беркли
(University
of California, Berkeley)
точность, однако, была еще выше: 10-27 ecm.
Тем не менее, Хайндс полагает, что в ближайшее
время эта точность будет улучшена
именно в опытах с молекулярными пучками.
Такие измерения, полагает он, помогут физикам
сделать выбор между различными теориями,
выдвинутыми в качестве обобщения физики
элементарных частиц и предсказывающими разные значения
для дипольного момента.
Эдвин Картлидж (Edwin Cartlidge), редактор новостного раздела журнала Physics World.
Источник: PhysicsWeb,
11 февраля 2002.