Wir wissen noch nicht, wie statische Elektrizität funktioniert

An einem gewissen Punkt im Physikunterricht dein Lehrer wahrscheinlich einen Ballon gegen seine Haare rieb und erklärte statische Elektrizität. Aber was dein Lehrer dir nicht – die ganze Geschichte über statische Elektrizität – ist, dass Wissenschaftler gerade jetzt zu es ist viel komplizierter erkennen sind als gedacht.

Die klassische Erklärung, wenn man zurück in die Physik Klasse erinnern kann geht ungefähr so: das Latex der Ballon und Haare haben unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Wenn Sie diese aneinander reiben, springen Elektronen von einem auf der anderen, so dass man die positiv geladenen und negativ geladenen. Das ist, warum der Ballon und die Haare sind plötzlich zueinander hingezogen.

Und was über zwei Objekte aus dem gleichen Material rieb zusammen? Statische Elektrizität zu produzieren kann, aber die klassische Erklärung nicht mehr gilt. Jahrelang haben Physiker vorgeschlagen, dass dies funktioniert, wenn die beiden Objekte in verschiedenen Größen sind, so dass mehr Elektronen aus das kleinere Objekt auf das grössere man gerieben werden. Aber Nein, die Theorie nicht halten. "[T] He vorherrschende Theorie scheint tot zu sein" Troy Shinbrot, eine angewandte Physiker an der Rutgers University, sagte Wissenschaft.

Das hat dank einer kürzlich durchgeführten Studie in Physical Review Letters Prüfung winzige Körner von einem Material namens Zirkon Dioxid-Silikat veröffentlicht. Das Team führen von Heinrich Jaeger an der University of Chicago vermischt zwei Körner des Materials in zwei verschiedenen Größen. Die größere Körner waren negativ geladen und und die kleineren positiv so.

So weit so gut – aber was passiert, wenn Forscher versucht, die Anzahl der eingeschlossenen Elektronen auf der Oberfläche dieser Körner beschreibt dann Wissenschaft Reporter Adrian Cho:

Sie erhitzt sanft frische Körner zu befreien die Gefangenen Elektronen und lassen sie wieder weniger energisch Staaten sich "entspannen". Wie ein Elektron einen solcher Übergang erfährt, gibt es ein Photon. So könnte durch das zählen der Photonen, die Forscher die eingeschlossenen Elektronen stimmen überein. "Es ist ziemlich erstaunlich für mich, dass sie jedes Elektron auf ein Teilchen zählen", sagt Shinbrot.

Die Zählung ergab, dass die Perlen mit weit zu wenig gefangen Elektronen beginnen, die statische Aufladung zu erklären, sagt Jaeger. Auch wenn die Forscher versuchen, Gefangene Elektronen bis zu kochen würde in der Tat die Oberfläche durch die Aufdeckung der Körner zum Vorschein, die Dichte der Elektronen gefangen bleibt weniger als 1/100.000 von dem, was benötigt, um den Effekt zu erklären.

Wenn es die Elektronen sein könnte, was könnte es sein? Wissenschaftler spekulieren, dass die Ladungen von Ionen von Wassermolekülen kommen könnte, die die Körner zu beschichten, oder vielleicht die Übertragung der tatsächlichen Zirkon Dioxid-Silikat-Moleküle zwischen den Körnern. Eine 2011 Papier hatte vorgeschlagen, dass statische Elektrizität zwischen zwei unterschiedlichen Materialien auch die Übertragung von Molekülen, anstatt nur Elektronen gehört.

Was auch immer es ist, es scheint wie eine einfache Übertragung der Elektronen ist nicht die ganze Antwort. Ihrem Physiklehrer nicht gelogen, Sie — Wissenschaftler nicht wissen, entweder. Und das ist nicht nur ein paar theoretische Spekulation. Statische Elektrizität regelt, wie Flüssigkeiten und Pulvern Verhalten und Benehmen, und tausendfach multipliziert, die in einer Fabrik kann fehlerhafte Maschinen bedeuten.

Vielleicht was am meisten schockiert ist, dass ein Phänomen in den Alltag allgegenwärtig noch ungeklärt sein kann – wenn die meisten Physik scheint heute in Richtung der unvorstellbar großen (Kosmologie) oder unvorstellbar grenzender werden kleine (Quantenmechanik). Als Wissenschaftsjournalist steckte Corey Powell es in einen Tweet, "jeder Entladung der Wäschetrockner ist ein Wissenschaft Rätsel." [Physical Review Letters über Wissenschaft, Ars Technica]

Bild oben: Pat David/Flickr