Физиците наблюдаваха вълни от един-единствен електрон

Учените от колаборацията Project 8, в която влизат 27 физици от шест института на САЩ и Германия, за първи път успяха да наблюдават циклотронно излъчване от единичен електрон и да измерят неговата енергия, съобщава Science News.

Инсталацията, в която колаборацията Project 8 за първи път наблюдавала електромагнитни вълни от единичен електрон, е разположена във Вашингтонския университет в Сиатъл.

Тя представлявала малка клетка (с размер на чаша за кафе), пълна с намиращ се под ниско налягане охладен радиоактивен газ криптон-83 и заобиколена от свръхпроводящ магнит с индукция 1 тесла. Аналогично магнитно поле имат отклоняващите диполни магнити на Големия адронен колайдер.

В резултат на радиоактивен бета-разпад на изотопа криптон-83 се изпуска електрон, който във външното магнитно поле започва да се върти по кръгова орбита. Както предсказва още през 1904 г. Оливър Хевисайд, това може да доведе до циклотронно излъчване, което на честота около 25 гигахерца било определено от чувствителните микровълнови датчици на инсталацията. Величината на енергията на това излъчване, определена от учените, се равнява на 30 електронволта.

Схема на експерименталната инсталация във Вашингтонския университет.
© APS / Alan Stonebraker, based on a drawing by Ben Monreal / UCSB

Освен електрона в резултат на бета-разпада се образува друг лептон – неутрино. На изследването на свойствата на тази частица е посветена основната дейност на колаборацията Project 8. В Стандартния модел на физиката на елементарните частици масата на неутриното е равна на нула, но данните от експериментите сочат, че лептонът все пак има неголяма маса.

В този случай стойността на енергията ан образуващите се в резултат на бета-разпада електрони трябва да е по-малка, отколкото ако неутриното бяха безмасови, което позволява на учените да получат ограничение на масата на тази изключително лека частица.

Сега горното ограничение на масата на неутриното е 0,01-0,05 електронволта. Последната стойност е десет милиона пъти по-малка от масата на електрона. Природата на тази пропаст между масите на лептоните е още една от основните загадки на физиката на елементарните частици.

Резултатите от изследванията са публикувани в сп. Physical Review Letters.