Wissenschaftler entdecken Kugelform des Elektrons
Einem europäischen Forscherteam ist die bisher genaueste Vermessung des Elektrons gelungen. Dabei stellte sich heraus, dass dieses überraschend kugelförmig ist. Die Forscher vom Imperial College London im Vereinigten Königreich stellen die Ergebnisse ihres Experiments, das mehr als ein Jahrzehnt gedauert hat, in der Zeitschrift Nature vor. Diese Ergebnisse besagen, dass das Elektron gerade mal um 0,000000000000000000000000001 cm von einer perfekten Kugel abweicht. Das heißt, wenn wir in der Lage wären, ein Elektron auf die Größe des Sonnensystems zu vergrößern, würde es für das menschliche Auge mit einer Abweichung von weniger als eine Haaresbreite perfekt rund erscheinen. In ihrem Experiment untersuchten die Physiker Elektronen in Molekülen von sogenanntem Ytterbiummonofluorid. Mit einem sehr präzisen Laser haben sie die Bewegung dieser Elektronen vermessen. Wenn ein Elektron nicht rund wäre, würde es in seiner Bewegung deutlich wackeln und damit die Form des restlichen Moleküls verzerren, ähnlich wie ein unausgewogener Kreisel. Und da die Forscher kein Wackeln beobachten konnten, schlossen sie, dass die Elektronen eine sphärische Form hatten. Dr. Jony Hudson vom Institut für Physik am Imperial College London, einer der Autoren der Studie, sagt: "Wir sind sehr zufrieden, dass es uns gelungen ist, unser Wissen über einen der grundlegenden Bausteine der Materie zu erweitern. Die Messungen waren sehr schwierig, aber mit diesem Wissen werden wir unsere Theorien der fundamentalen Physik verbessern können. Die Menschen sind oft überrascht, wenn sie hören, dass unsere physikalischen Theorien nicht 'fertig' sind, aber in Wahrheit werden sie durch immer genauere Messungen wie diese ständig verfeinert und verbessert." Diese Studie trägt auch zur Klärung eines der größten verbleibenden Geheimnisse in der Physik bei: wie und warum im Universum die Materie über die Antimaterie dominiert. Die aktuelle unter Physikern am weitesten verbreitete Theorie besagt, dass beim Urknall genau so viel Antimaterie entstanden ist wie gewöhnliche Materie. Im Jahr 1928 hat der Wissenschaftler Paul Dirac die Existenz von Antimaterie vorausgesagt, einer schwer fassbaren Substanz, die sich genauso wie gewöhnliche Materie verhält, dabei aber eine entgegengesetzte elektrische Ladung aufweist. Seitdem wurden allerdings nur winzige Mengen in Quellen wie kosmischer Strahlung und einigen radioaktiven Stoffen gefunden. Die Frage, wo - und in der Tat: ob - Mengen an Antimaterie existieren, die bislang nicht entdeckt werden konnten, ist eine der Hauptfragestellungen in diesem Forschungsbereich. Die Wissenschaftler versuchen, diesen Mangel an Antimaterie zu erklären, indem sie nach winzigen, zuvor noch unbemerkten Unterschieden zwischen dem Verhalten von Materie und Antimaterie suchen. Da die Antimaterie-Version des negativ geladenen Elektrons das positiv geladene Anti-Elektron ist, auch bekannt als Positron, hoffen die Wissenschaftler vom Imperial College London durch das Verständnis der Form des Elektrons zu neuen Erkenntnissen darüber zu gelangen, wie sich Positronen verhalten und wie sich Antimaterie und Materie vielleicht unterscheiden. Damit werden sie sich in der nächsten Phase ihrer Forschung hauptsächlich beschäftigen. Koautor Professor Edward Hinds, Leiter des Zentrums für kalte Materie am Imperial College London, zu den Implikationen ihrer Arbeit: "Die ganze Welt besteht fast vollständig aus normaler Materie und es sind nur winzige Spuren von Antimaterie zu finden. Astronomen haben bis an den Rand des sichtbaren Universums geschaut und selbst dann nur Materie gesehen, keine große Vorräte von Antimaterie. Wir Physiker wissen einfach nicht, was mit all der Antimaterie passiert ist, aber diese Forschung kann uns helfen, einige der möglichen Erklärungen zu bestätigen oder auszuschließen." Das Team entwickelt jetzt neue Methoden, mit denen ihre Moleküle auf extrem niedrige Temperaturen abgekühlt werden können, um so ihre Messungen der Elektronenform zu verbessern und die genaue Bewegung der Moleküle zu kontrollieren. Damit werden sie das Verhalten der eingebetteten Elektronen detaillierter als je zuvor studieren können. Hätte sich herausgestellt, dass Elektronen nicht sind, wäre das ein Beweis dafür gewesen, dass sich das Verhalten von Materie und Antimaterie mehr unterscheidet, als von Physikern bisher angenommen. Dies würde erklären, wie all die Antimaterie aus dem Universum verschwunden ist und nur gewöhnliche Materie übrig blieb.Weitere Informationen unter: Imperial College London: http://www3.imperial.ac.uk/
Länder
Vereinigtes Königreich