Вход на сайт

МЕДИАМЕТРИКА

Облако тегов

Ученым удалось увидеть процесс раскола электрона на две части

Аватар пользователя Xexen

До последнего времени ученые считали, что электрон как элементарная частица, не может быть расколот на меньшие частицы. Однако, в некоторых материалах при определенных условиях возникает явление так называемого фракционирования электрона, когда электрон раскалывается на меньшие части, каждая из которых переносит часть электрического заряда целого электрона. И хотя у этого явления фракционирования имеется несколько перспективных областей использования, его природа не до конца понятна современной науке.


Группа физиков из Высшей нормальной школы (Ecole Normale Superieure), Париж, и Лаборатории фотоники и нанотехнологий (Laboratory for Photonics and Nanostructures) в Маркуси, при помощи установки, используемой для изучения фотонов света, провела ряд экспериментов по изучению явления фракционирования электронов. Примененные ими методы позволили наблюдать за процессом фракционирования единственного электрона, происходящие в пикосекундном масштабе времени.

"Мы оказались в состоянии визуализировать процесс раскола волнового пакета электрона на два отдельных пакета, каждый из которых переносил половину электрического заряда оригинального электрона" - рассказывает Гвендал Фев, ведущий исследователь, - "Мы пытались изучить явления фракционирования электронов в течение уже пяти прошлых лет, и вот только сейчас нам удалось запечатлеть этот процесс с таким временным разрешением, которое позволило его визуализировать".

Технология, которую использовали ученые, называется экспериментом Хонга-У-Мандела (Hong-Ou-Mandel), который обычно используется для измерения степени подобия фотонов. Но в данном случае интерферометр измерял импульсы, вызванные движением электрического заряда электрона. Кроме интерферометра в этом эксперименте был использован специализированный излучатель единичных электронов, разработанный французскими учеными помимо массы других научных инструментов.



Исследования движения единственного электрона производились на внешнем одномерном электрическом проводнике интерферометра. А когда электрон разделился на две части, ученые имели возможность наблюдать взаимодействие между этими частями по импульсам от их электрических зарядов.

Когда целый электрон движется по условно одномерному проводнику, кулоновские силы приводят к формированию двух разнополярных областей возбуждения на разных сторонах проводника. Эти области, своего рода электрически заряженные квазичастицы, перемещаются с разными скоростями, что делает возможной их раздельную регистрацию. Кроме этого, возникающие при этом кулоновские силы разрывают электрон на две части, несущие практически равный электрический заряд.

Экспериментальные данные показали, что когда электрон разделяется на две части, то это состояние не может быть описано, как состояние одной целой частицы, а скорее, как групповое состояние, состоящее из состояний нескольких областей возбуждения. Именно поэтому процесс фракционирования разрушает оригинальный электрон, как частицу, превращая ее в несколько раздельных декогерентных, т.е. имеющих разные фазы, волновых пакетов.

Следует отметить, что понимание природы явления фракционирования электронов пока еще имеет значение для ученых, исследующих границы фундаментальной физики и пытающихся выбраться за эти границы. Но в будущем, когда электроника будет строиться на одномерных электрических проводниках, по которым будут курсировать токи из отдельных электронов, явление фракционирования, разрушающее отдельные электроны, надо будет подавлять любыми доступными способами. А подавлять какое-то явление можно будет только при условия полного понимания его природы, поэтому французские ученые собираются продолжить свои эксперименты при помощи имеющегося у них интерферометра Хонга-У-Мандела, который будет постоянно совершенствоваться.
Источник
Первоисточник
Фонд поддержки авторов AfterShock

Комментарии

Аватар пользователя EcuaRED
EcuaRED(3 года 10 месяцев)(19:12:47 / 01-06-2015)

Исследования движения единственного электрона производились на внешнем одномерном электрическом проводнике интерферометра.

/ржот.../

Аватар пользователя юрчён
юрчён(5 лет 2 недели)(20:04:54 / 01-06-2015)

Пашто всхохотал окоянный ! мракобесничать то всякому холопу любо, а вот уразуметь всякие неведанности есть знатное ремесло !

Аватар пользователя Xexen
Xexen(3 года 11 месяцев)(20:11:31 / 01-06-2015)

Не ржать!  =( Не конюшня!

Гарвард все равно их уделал.


14.8.2010


Одна из самых интересных загадок физики – необычное поведение электрона при его фракционировании на две отдельных квазичастицы. Эти квазичастицы, получившие название спиноны (spinon) и холоны (holon, есть еще вариант – chargon), являются переносчиками спина и электрона заряда соответственно.

Ценке Сюй (Cenke Xu) и Сабир Сачдев (Subir Sachdev) из Гарварда более подробно изучили это явление – процесс спино-зарядового разделения (spin-charge separation), разработав модель, объединяющую две существовавших ранее теории и предлагающую более исчерпывающее описание процесса фракционирования электрона.

Для фракционирования электронов необходимо, чтобы большое их количество было плотно упаковано в ограниченной области пространства таким образом, чтобы межу ними возникали значительные электростатического отталкивания. В таких условиях из-за нестабильности, связанной с отталкиванием, электрон меняет свое поведение таким образом, что его магнитные (ассоциированные со спином) и зарядовые свойства разделились на две новых квазичастицы. В физике плотной среды под квазичастицами подразумеваются явления или группы частиц, ведущие себя подобно частицам. Впервые наблюдение спинонов и голонов было проделано в 2009 году при сжатии электронов в рамках квантового провода.

Нерешенной проблемой, связанной с фракционированием электронов являлось недостаточное понимание о том, что происходит с Ферми-статистикой электрона после процесса разделения спина и заряда. Ферми-статистика описывает свойства всех частиц, для которых выполняется принцип запрета Паули, в соответствии с которым две частицы не могут одновременно характеризоваться одинаковым квантовым состоянием. В стандартной физической модели частицы, подчиняющиеся принципу Паули, носят название фермионов, одним из которых является электрон. Естественный процесс, который возник у физиков после обнаружения процесса фракционирования электрона таков – если происходит фракционирование электрона на его заряд и спин, что при этом происходит со статистикой Ферми для электрона?

Сюй и Сачдев отмечают, что на этот вопрос есть два ответа. Упрощая, можно заметить, что ранее предполагалась ассоциация Ферми-статистики либо со спиновым состоянием, либо с зарядовым, однако исследователи из Гарварда предположили, что эти, на первый взгляд противоречащие друг другу возможности могут быть объединены в рамках одной физической картины – физики предположили, что фракционирование электрона происходит не на две, а на три компоненты, являющихся переносчиками спина, заряда и Ферми статистики. Квазицастицам, ответственным за перенос Ферми-статистики исследователи дали название «Майорана-фермион» (Majorana fermion).

Сачдев отмечает, что главная проблема квантовой физики заключается в понимании сути большого количества различных экзотических квантовых состояний многоэлектронных систем. Он уверен, что большинство ранее предложенных теорий в единую, в которой главной квазичастицей является Майорана-фермион, ответственный лишь за перенос Ферми-статистики электрона.

Интересно, но определенную роль в модели, предложенной исследователями из Гарварда, может играть бозон Хиггса или, что-то похожее на него. Сюй и Сачдев поясняют, что Майорана-фермион может совершать такие же квантовые переходы, как и бозон Хиггса.

Исследователи предполагают, что более глубокое понимание особенностей фракционирования электрона представляет собой не только исключительно теоретические изыскания – полученная информация может оказаться полезной в разработке квантовых компьютеров.

Источник: Physical Review Letters 105, 057201 (2010). DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.057201

Комментарий администрации:  
*** Мистер "Сомнительная Копипаста" ***
Аватар пользователя Сварог
Сварог(2 года 10 месяцев)(20:46:07 / 01-06-2015)

 У меня в детстве была идея сделать геометрию, где точка не бесконечно мала... Но лень победила... Причём точки в линии составляющей окружность должны были деформироваться! :)

Аватар пользователя EcuaRED
EcuaRED(3 года 10 месяцев)(23:37:03 / 01-06-2015)

от оно даже как!

это у вас с детства оказывается

Аватар пользователя Композитор
Композитор(3 года 1 неделя)(19:25:13 / 01-06-2015)

Хонг У? Эта фамилия явно какая-то не французская. Причём его работа опубликована в 1987 году. Даже страшно подумать, какие фамилии сейчас сидят во французских лабораториях.

Аватар пользователя kot-obormot
kot-obormot(4 года 4 месяца)(20:44:02 / 01-06-2015)

До последнего времени ученые считали, что электрон как элементарная частица, не может быть расколот на меньшие частицы

Аватар пользователя Информатик

Это обычный пилеж грантов

1. До сих пор нет прямых экспериментов по определению пространственных размеров «электронов», в отличие, например, от протонов.

При современном уровне метрологических технологий (PDF) вполне можно было бы провести, например, эксперименты по рассеянию скрещенных (поперечных) электрон-протонных пучков, но что-то не видно таких экспериментов --- лишь «лобовые столкновения»  

Это уже кажется несколько «странным», если не «подозрительным» ...

Ибо, с точки зрения «современной» науки понятие «классического радиуса электрона» (теоретически расчетного) не имеет физического смысла, поскольку во всех известных экспериментах электрон проявляет себя как бесструктурная точечная частица.

А если использовать такую же расчетную формулу для вычисления радиуса протона, то мы получим во столько раз меньшую величину, во сколько масса протона больше массы электрона.

И, чисто математически получается, что протон в 1836 раз пространственно меньше «точечного» электрона, и, при этом, протон «состоит» из трех кварков, настолько массивных, что они не могут существовать в свободном состоянии. Абсурд

 

2. Анализ данных, полученных в экспериментах Кауфмана (1901-1906) и Бухерера (1909) с использованием радиоактивных свойств радия, позволяет вообще усомниться в корректности существования «электронной версии», и указывает на то, что следы на фотопластинках были оставлены цугами волн (волновыми пакетами), которые изначально назывались β-лучами. Недоумения, связанные с полученными экспериментальными данными, остались невыясненными и до настоящего времени. Например, расчеты H.П.Кастерина (МГУ, 1921 г.) и H.H. Шапошникова (Иваново-Вознесенск, 1919 г.) не подтвердили совпадения кривых Бухерера с расчетами, выполненными по СТО. Из некоторых серий экспериментов следовало, что растет не только масса, но и заряд вылетающих из атомов радия частиц – и по невыясненным причинам. У Кауфмана оказалось, что часть "частиц" выбрасывается из ядер радия со сверхсветовой скоростью.

Тогда понятно – почему и как волновые пакеты («электроны») дифрагируют на кристаллических решетках. Кстати, сам Э.Шредингер в своих лекциях рассматривал модель эффекта Комптона как задачу рассеяния фотонов и «волн плотности заряда» (т.е. волновых пакетов вместо «электронов»).

 

3. До сих пор нет прямых экспериментов по определению свойства «СПИН электрона» – вне атомов (пусть даже хотя бы как в забавно интерпретируемых опытах Герлаха-Штерна).

 

4. Кулоновская экспериментальная зависимость («закон Кулона»), полученная для огромных заряженных макроскопических тел (металлические сферы/шары) --- была тупо перенесена на микрочастицы.

С чего бы это!?  

Вроде, О.Кулон не измерял массу заряженных шаров, хотя «Кулоновская сила» была рассчитана с учетом масс железных шаров.

С другой стороны, известны эксперименты, в которых множество одинаково заряженных ионов/микрочастиц передвигаются в пространстве группами, не «разбегаясь», согласно кулоновскому закону (т.н. «зарядовые кластеры», пинч-эффект в плазме).

Также, известны распады, подтверждающие то, что в нейтральном теле содержатся заряды противоположных знаков, равные по абсолютной величине (Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. – М., 1979., с. 871). Например,


 n  ->  p+ + e - + ve [ + 0,78 Мэв],


где
n – нейтрон,  p+ – положительно заряженный протон, e - – отрицательно заряженный электрон, ve – нейтральное электронное антинейтрино.

Т.е. вывод, что электрический заряд есть врожденное «свойство» микрочастиц – не является логичным и обоснованным, ибо сумма равных противоположных зарядов уже более не есть «заряд», а значит и не является «имманентным свойством» (хотя и «включает» заряды). Более того, эта «сумма зарядов» – не самостоятельная «сущность», а приобретаемая характеристика, да еще при невыясненных современной физикой обстоятельствах.

На «внутриядерных» расстояниях закон Кулона вообще «отказывается» работать. Это было железобетонно выявлено на опытах по «лобовому» рассеянию электронов на протонах. Электрические «силы» оказываются около в 10 раз меньшими, чем им «положено». Поэтому высосали откуда-то два «объяснения», и оба типа – «кролика из цилиндра»: или закон Кулона неверен (с чего бы это!?) на таких расстояниях, или электроны и протоны не являются точечными зарядами: возможно, что кто-то из них как-то «размазан» (а может, и оба). Большинство физиков предпочитают(!) предполагать, что заряд протона «размазан» по некоторому объему. Миленько так с совестью договорились.

 

5. Парадокс энергии электрона – как встал, так и стоит колом. Энергия поля электрона, каким его представляет современная классическая электродинамика Максвелла-Герца-Хэвисайда, на три порядка(!) превышает энергию массы электрона, и – мистически «исчезает» в процессе аннигиляции. Так как калибровки в квантовой электродинамике (КЭД) типа «работают» только для «точечного» электрона, то, чтобы избежать сего «парадокса», предлагают поверить в абсурд – в существование реальных физических объектов («электронов») без пространственных качеств. Улыбка Чеширского кота таки существет?

Да и соглашаться, что в «заряженных» микрочастицах встроены «вечные двигатели второго рода», производящие работу по «притяжению» пробных зарядов с бесконечности – как-то не очень хочется. Отсюда также «растут ноги» бесконечных «ультрафиолетовых расходимостей» в КЭД/КТП, затираемых под ковёр «перенормировками» (то есть – лишь финансово обоснованными подтасовками).

 

6. «Фундаментальность» понятия «электрический заряд». До сих пор не объяснен механизм этого явления (в т.ч. и для «электронов»).  Электрический заряд:

6.1. не свойство, так как определенное качество электрического заряда не известно
6.2. не величина, так как качество электрического заряда не определено
6.3. неопределенно в себя включает себя же (кварки)
6.4. при аннигиляции может «исчезать» в разном количестве квантов электромагнитного поля (когда 2, а когда и 3 кванта регистрируются)

7. Ещё один эмпирический парадокс для понятия «электрон» связан с тем, что из катодов, например, радиоламп излучаются, якобы, материальные частицы, имеющие массу. То есть, если поместить на современные точные весы радиолампу с разогретым катодом и при отсутствующем напряжении на аноде, то ожидалась бы регистрация уменьшения массы радиолампы. Это происходило бы потому, что излученные «электроны» будут оказываться в другой системе координат, не связанной с системой катода радиолампы, что и должно было бы обнаружить изменение (уменьшение) массы радиолампы. Фигушки. На практике, изменения масс радиоламп не удается обнаружить. Значит ли это, что у «электрона» нет «массы покоя»? Ну, по крайней мере, экспериментальное явление термоэмиссии «электронов» вынуждает как-то иначе взглянуть на сущность понятия: «электрон-элементарная-микрочастица».

 

8. Ещё один экспериментальный парадокс для понятия «электрон» рассматривается для тех же катодов радиоламп при отсутствующем на аноде напряжении. Дело в том, что по химии в молекуле (и атоме) нет ни одного «лишнего» электрона, поскольку при отсутствии хоть одного электрона у атомарного вещества будут меняться химические и физические свойства (валентность, кислотные или щелочные свойства). А в физике, напротив, почему-то(!?) предполагается, что «лишние» электроны в катоде радиолампы имеются в избытке. Откуда, материал же был электронейтрален!? Ветром надуло? Да и химические свойства не меняются.

 

9. И если вас в школе и ВУЗе всё-таки уболтали, что «электрон» – неделимая микрочастица, то для теорфизиков совсем нет ничего «святого»:  Физики разделили электрон на орбитон и спинон. 

Хм, и кому только за гранты не продают остатки разума … ?

Лидеры обсуждений

за 4 часаза суткиза неделю

Лидеры просмотров

за неделюза месяцза год

СМИ

Загрузка...