Elektron "Lebensdauer" ist am wenigsten 5 Trillionen Mal das Alter des Universums

Grundlegende Physik deutet darauf hin, dass Elektronen im wesentlichen unsterblich sind. Vor kurzem versäumt ein faszinierendes Experiment Diese Grundannahme zu stürzen. Aber die Mühe hat eine überarbeitete minimale Lebensdauer für Elektronen produziert: 60.000 Yottayears, das ist — dies — über fünf Trillionen Mal das aktuelle Alter des Universums.

Das ist ein Yotta Jahre

Ein Elektron ist der leichteste subatomaren Teilchen, das eine negative elektrische Ladung trägt. Es hat keine bekannten Komponenten, weshalb es als ist ein grundlegender Baustein des Universums oder ein Elementarteilchen.

Die Borexino-Anlage (Credit: INFN/Gran Sasso)

Ein internationales Forscherteam auf dem Borexino-Experiment in Italien arbeiten waren auf der Suche nach Anzeichen von Elektronen in leichteren Teilchen verfallenden, aber wie erwartet, kam sie kurz. Dies ist eigentlich eine gute Sache, denn es bestätigt, was Physiker für eine lange Zeit vermutet haben. Sie fand Beweise dieser Zerfall Elektronen in Photonen und Neutrinos – sogar niedriger Masse Elementarteilchen – es würde gegen die Erhaltung der elektrischen Ladung. Diese Entdeckung würde vorschlagen, eine völlig neue Physik jenseits des Standardmodells.

Aber das Research-Team haben es geschafft, die genaueste Messung noch der "Lebensdauer" der Elektronen einfallen lassen. Ihre Berechnungen deuten darauf hin, dass ein Teilchen vorhanden heute noch rund 66.000 Yottayears (6,6 × 10²⁸ Jahre), die Physik-Welt sagt, "etwa fünf Trillionen Mal das aktuelle Alter des Universums ist." Die Details dieser Arbeit erscheint jetzt in der Fachzeitschrift Physical Review Letters.

Ein Artikel in der APS-Physik erklärt, wie die Wissenschaftler eine extreme Figur einfallen lassen:

Borexino besteht aus einer Hülle aus Erdöl-basierte Flüssigkeit, leuchtet auf, wenn ein Neutrino, ein fast masselosen neutralen Teilchen ein Elektron Lose von einem die Flüssigkeit Atome klopft. Der Detektor ungefähr 2000 Photomultiplier dann verstärken und spüren das emittierte Licht. [Die] Forscher berechnet die Empfindlichkeit des Detektors auf Photonen über hypothetische Elektron zerfällt in ein Photon und ein Neutrino produziert... Sie suchten dann Photon "Ereignisse" vor diesem Hintergrund mit Energien in der Nähe von 256 Kilo-Elektronenvolt, eine Energie entspricht einem halben Elektron Ruhemasse.

Nach einem Blick auf 408 Tage im Wert von Daten, fanden sie... nichts. Aber sie haben es geschafft, eine mittlere Elektron Lebenszeit bestimmen.

Eine neue Untergrenze

Nun, dies nicht bedeuten, dass Elektronen, die Leben lange. Erstens wird nicht das Universum existiert wahrscheinlich bis dahin. Und auch wenn es immer noch rund – nach einem Big Rip Szenario sagen – die grundlegenden Eigenschaften der Teilchen wie Elektronen wahrscheinlich ganz anders sein werden.

Zweite und mehr auf den Punkt aufsteigen die neuen Messungen der zuvor geschätzten Untergrenze auf Elektron "Langlebigkeit." Die neue Figur ist 100 Mal größer als die bisherige Untergrenze, das in einem ähnlichen Experiment im Jahr 1998 festgestellt wurde. Anders ausgedrückt, wenn eine solche Reaktion auftritt, muss es mindestens einmal alle 6,6 × 10²⁸ Jahre passieren.

Keine Anzeichen des Verfalls

Der Grund für die schrecklich lange Lebensdauer hat zu tun mit der Tatsache, dass Wissenschaftler nicht völlig sicher sein können, dass Elektronen immun gegen Karies. Die Beobachtungen der Borexino-Forscher – oder vielmehr das fehlen von Beobachtungen – deutet darauf hin, dass, weil wir Elektronen Verfall bis jetzt gesehen haben, ihre Lebensdauer muss mindestens so groß wie die neuen Berechnungen vorschlagen.

Sean Carroll, ein Forschungs-Professor in der Fakultät für Physik am California Institute of Technology, erklärte es Gizmodo in einer e-Mail:

Karies ist sehr natürlich in der Teilchenphysik; schwerere Teilchen sind in der Regel in leichteren zerfallen. Ein Neutron links wird ganz von selbst, z. B. in ein Proton, ein Elektron und ein Anti-Neutrino in nur ein paar Minuten vergehen. Es ist nur die elementaren Teilchen Version des Zerfalls von einem radioaktiven Kern wie Uran.

Aber es gibt einige Dinge, die scheinen nie passieren, die wir durch Erhaltungsgesetze beschreiben. Beispielsweise ändert nicht die gesamte elektrische Ladung. Auch die "Baryonenzahl" (Gesamtzahl der Protonen und Neutronen, minus die Anzahl der Anti-Protonen plus Anti-Neutronen) und die "Leptonenzahl" (Elektronen und Neutrinos, minus ihre Antiteilchen). Beachten Sie, dass dies durch den Zerfall des Neutrons erfüllt ist. Vor dem Zerfall haben wir ein Neutron, das kostenlos ist = 0, Baryonenzahl = 1 und Leptonenzahl = 0. Danach ist es auch kostenlos = 0 (Proton = + 1, Elektron =-1 und Anti-Neutrino = 0), Baryonenzahl = 1 (Proton = 1, Elektron und Anti-Neutrino = 0), und Leptonenzahl = 0 (Proton = 0, Elektron = 1, Anti-Neutrino =-1).

Baryon und Lepton Anzahl haben nie gesehen worden, um in jedem Experiment ändern — das wäre Nobel-Preis-würdig – aber aus theoretischen Gründen wir denken sie vielleicht ändern könnte, und wahrscheinlich auch im frühen Universum. (Das würde helfen, erklären, warum gibt es mehr Materie als Antimaterie im aktuellen Universum.)

Aber niemand erwartet, dass Ladung zu ändern, die ein robuster konservierte Quantität ist.

"Es wäre eines der überraschendsten Dinge immer wenn elektrischer Ladung nicht konserviert wurde," sagte Carroll. "Deshalb jeder denkt Elektronen zerfallen nicht."

Carroll sagte nur Teilchen, die sind leichter als Elektronen elektrisch neutral sind: Neutrinos, Photonen, Gluonen, Gravitonen. Gäbe es andere leichte geladene Teilchen, sollten wir sie inzwischen erkannt haben. Dies deutet darauf hin, dass es nichts für das Elektron in Verfall.

"Aber wir sollten noch aussehen!" Es ist ein Lotterielos – sehr unwahrscheinlich, dass werden Sie alles finden, aber wenn Sie dies tun, Sie reich erhalten, "sagte Carroll. "Leider, sie haben nichts gefunden, aber null Ergebnisse sind ein wichtiger Bestandteil guter Wissenschaft."

Lesen Sie die gesamte Studie an Physical Review Letters : “ Test der Erhaltung der elektrischen Ladung mit Borexino. ”

Per e-Mail des Autors auf [email protected] und folgen ihm auf @dvorsky. Bild oben: Borexino Experiment.