Osnovna fizika sugerira da su elektroni u biti besmrtni. Fascinantan eksperiment nedavno nije uspio zbaciti ovu temeljnu pretpostavku. Ali napor je proizveo revidirani minimalni životni vijek za elektrone: 60.000 yotta godina, što je – oko pet-kvintiliona puta sadašnje doba Svemira.
To je Yotta godina
Elektron je najslabija subatomska čestica koja nosi negativni električni naboj. Ona nema poznate komponente, zbog čega se smatra osnovnim građevnim blokom svemira, ili elementarnom česticom.
Međunarodni istraživački tim koji je radio na Borexino eksperimentu u Italiji tražio je znakove elektrona koji se raspadaju u lakše čestice, ali kako se i očekivalo, došli su do kratkog spoja. To je zapravo dobra stvar jer potvrđuje ono što su fizičari dugo vremena sumnjali. Da su pronašli dokaze da se elektroni raspadaju u fotone i neutrine – čak i elementarne čestice niže mase – to bi narušilo očuvanje električnog naboja. Takvo otkriće upućivalo bi na potpuno novu fiziku izvan standardnog modela.
No istraživački je tim uspio pronaći najtočnije mjerilo “životnog vijeka” elektrona. Njihovi proračuni ukazuju na to da će danas prisutna čestica biti oko 66.000 yottayearsa (6.6 × 10 na 28 godina) stara, što je, kako to kaže World of Physics, “oko pet-kvintiliona puta više od trenutne starosti svemira.” sada se pojavljuje u znanstvenom časopisu Physical Review Letters.
Članak u APS Physics objašnjava kako su znanstvenici došli do tako ekstremne brojke:
Borexino se sastoji od ljuske tekućine na bazi nafte koja se osvjetljava kada neutrino, gotovo bezmasna neutralna čestica, izbaci elektron s jedne od atoma tekućine. Otprilike 2000 fotomultiplikatora detektora tada pojačavaju i osjećaju emitirano svjetlo. Istraživači su izračunali osjetljivost detektora na fotone proizvedene hipotetičkim raspadom elektrona u foton i neutrino … Zatim su tražili “događaje” fotona iznad te pozadine s energijama blizu 256 kilo-elektrona, što odgovara energiji na polovicu mase mirovanja elektrona.
Nakon što su pogledali podatke od 408 dana, pronašli su …. ništa. No, uspjeli su odrediti srednji vijek trajanja elektrona.
Nova donja granica
Sada, to ne znači da će elektroni živjeti tako dugo. Prvo, do tada svemir vjerojatno neće postojati. Čak i ako je još uvijek u blizini – recimo nakon scenarija Big Rip – temeljna svojstva čestica kao što su elektroni vjerojatno će biti potpuno drugačija.
Drugo, i još važnije, nova mjerenja se kreću prema prethodno procijenjenoj donjoj granici na “dugovječnost elektrona”. Nova brojka je 100 puta veća od prethodne donje granice, koja je određena u sličnom eksperimentu 1998. godine. na taj način, ako dođe do takve reakcije, to se mora dogoditi manje od jednom svakih 6.6 × 1028 godina.
Nema znakova propadanja
Razlog za strašno dug životni vijek odnosi se na činjenicu da znanstvenici ne mogu biti potpuno sigurni da su elektroni imuni na propadanje. Zapažanja Borexinovih istraživača – ili bolje rečeno, nedostatak opažanja – sugerira da, budući da do sada nismo vidjeli elektrone, njihov vijek trajanja mora biti barem toliko velik kao i novi izračuni.
Sean Carroll, profesor istraživanja na Odjelu za fiziku na Kalifornijskom institutu za tehnologiju, objasnio je to Gizmodu u e-pošti:
Raspadanje je vrlo prirodno u fizici čestica; teže čestice imaju tendenciju propadanja u lakše. Neutroni koji su ostali sami od sebe, na primjer, raspadaju se u proton, elektron i anti-neutrino u samo nekoliko minuta. To je samo verzija elementarne čestice propadanja radioaktivne jezgre poput urana.
Ali postoje neke stvari koje se, čini se, nikada ne događaju, koje opisujemo zakonima o očuvanju. Na primjer, ukupni električni naboj se ne mijenja. Također i “baryon broj” (ukupan broj protona plus neutrona, minus broj anti-protona plus anti-neutrona), i “leptonski broj” (elektroni plus neutrini, minus njihovi antičestici). Primijetite da je to zadovoljeno raspadom neutrona. Prije raspada imamo jedan neutron, koji je naboj = 0, baryonski broj = 1, a leptonski broj = 0. Nakon toga to je i naboj = 0 (proton = +1, elektron = -1, anti-neutrino = 0), baryon broj = 1 (proton = 1, elektron i anti-neutrino = 0), a lepton broj = 0 (proton = 0, elektron = 1, anti-neutrino = -1).
Broj Baryona i Leptona nikad se nije mijenjao ni u jednom eksperimentu – to bi bilo za Nobelovu nagradu – ali na teoretskim osnovama mislimo da bi se mogli promijeniti i vjerojatno u ranom svemiru. (To bi pomoglo objasniti zašto u sadašnjem svemiru ima više materije nego antimaterije.)
Ali nitko ne očekuje da će se naboj promijeniti, što je robusnije konzervirana količina.
“To bi bila jedna od najneočekivanijih stvari ako se električni naboj nije sačuvao”, rekao je Carroll. “Zato svi misle da se elektroni ne raspadaju.”
Carroll je rekao da su samo čestice koje su lakše od elektrona električno neutralne: neutrini, fotoni, gluoni, gravitoni. Da postoje druge svjetlosno nabijene čestice, do sada smo ih trebali otkriti. To sugerira da nema ništa u što bi se elektron mogao raspasti.
Ali još bismo trebali pogledati! To je lutrijska karta – malo je vjerojatno da ćete naći nešto, ali ako to učinite, obogatit ćete se ”, rekao je Carroll. “Nažalost, nisu pronašli ništa, ali nulti rezultati važan su dio dobre znanosti.”
Izvor: https://gizmodo.com/electron-lifespan-is-at-least-5-quintillion-times-the-1747606990
