La sfericità quasi perfetta dell'elettrone

[frankytop]

Se l'elettrone avesse le dimensioni dell'intero sistema solare, la differenza dalla sfera perfetta non supererebbe lo spessore di un capello

http://data.kataweb.it/kpmimages/kpm3/misc/scienze/2011/05/27/jpg_1348073.jpg

La forma dell'elettrone? Una sfera pressoché perfetta: lo dice un esperimento condotto da ricercatori dell' Imperial College di Londra che ne parlano in un articolo pubblicato su Nature.

"Convenzionalmente, si pensa che l'elettrone sia sferico come un minuscola palla. Ma alcune teorie fisiche avanzate ipotizzano che non sia così e noi abbiamo progettato un esperimento per verificarlo con un altissimo grado di perecisione", spiega Jony Hudson, primo autore dell'articolo.

La teoria che al momento meglio dà conto delle interazioini fra particelle subatomiche è il cosiddetto Modello Standard. Questo modello non dà però conto di come funzioni la forza gravitazionale. Per superare questa limitazione sono stati proposti diversi possibili modelli alternativi: uno di questi prevede che le particelle elementari, e in particolare l'elettrone, possiedano, oltre a massa, carica e spin, una quarta proprietà la 'supersimmetria', legata all'esistenza di un momento dipolare elettrico permanente, che permetterebe anche di spiegare l'asimmetria esistente nell'universo fra materia e antimateria.

Nei termini di un modello "visualizabile" intuitivo, la presenza di queto momento bipolare può essere espresso come una deviazione della forma del'elettrone da una sfera perfetta. Secondo la teoria supersimetrica, l'elettrone dovrebbe quindi avere una forma a uovo.

La rilevazione della deviazione da una perfetta sfericità rappresenta una sfida tecnologica molto impegnativa, e fino a poco tempo fa non era pensabile di rilevarla. Negli ultimi anni tuttavia sono stati fatti molti progressi e i ricercatori pensano che entro pochissimi anni sia possibile unulteriore miglioramento di alcuni ordini di grandezza.

I risultati dell'attuale esperimento già indicano comunque che l'eventuale deviazione è inferiore a 0,000000000000000000000000001 centimetri, ossia tale per cui se l'elettrone avesse le dimensioni dell'intero sistema solare, la differenza dalla sfera perfetta non supererebbe lo spessore di un capello. Ciò non significa - puntualizzano i ricercatori - che il modello supersimmetrico sia stato confutato, tuttavia lo si può ritenere meno probabile.

http://lescienze.espresso.repubblica.it/articolo/La_sfericit%C3%A0_quasi_perfetta_dell_elettrone/1348071

[CioKKoBaMBuZzo]

mmm..ma questo non dovrebbe confutare la teoria delle stringhe?

[Aldin]

Ipotizziamo un sistema solare largo fino all'orbita media di Plutone, fanno 40 UA, quindi 1.49x40x10^8 Km quindi 1.49x40x10^11 m. Ora con un capello medio di spessore 0.0008 m il rapporto fra le due grandezze è dell'ordine di 10^-16, molto lontano da 10^-27 come nell'articolo, infatti dice esepressamente che si tratta di una deviazione, ma io pensavo si fosse sbagliato a chiamarla. Infatti non mi capacito di come da una deviazione confronti una percisione senza chiarire quanto vale il risultato. Segue che quella cifra è piazzata li a caso e non dice niente, mentre la precisione data dal paragone con il sistema solare sembra una cosa impressionante.

[DooM1]

Si... no ma infatti poi dice "inferiore a..." ma comunque è una idiozia non si scrivono con tremila zeri i numeri sotto l'unità.
Si scrivono come hai fatto tu.
Non si capisce molto di quella notizia, è una sfera quasi perfetta... beh insomma non è una sfera!

[Raghnar-The coWolf-]

Ma poi l'EDM quantistico non credo proprio abbia per forza a che fare con la forma geometrica.
Potrebbe essere una deformazione nello spazio di Gauge, così come un effetto di processi virtuali...etc...

[+Benito+]

due domande:

1) la geometria di una particella non è indagabile con particelle che siano più grani di essa, nel caso dell'elettrone mi chiedo che metodo abbiano usato e sono abbastanza sicuro che sia indiretto. Ma comunque mi lascia un po' così

2) la parola "gauge" indica una misura o l'atto, o lo strumento di misura. Non ho mai trovato una traduzione soddisfacententemente migliore di "cariche di gauge" e simili.

[Raghnar-The coWolf-]

1) la geometria di una particella non è indagabile con particelle che siano più grani di essa, nel caso dell'elettrone mi chiedo che metodo abbiano usato e sono abbastanza sicuro che sia indiretto. Ma comunque mi lascia un po' così

Ci sono diversi metodi, ma il probe è la radiazione elettromagnetica in ogni caso. Generalmente si guarda allo splitting di qualche livello: se l'elettrone non è perfettamente "sferico" dovremmo avere degli stati, ad esempio negli atomi, che riflettono questa mancanza di "sfericità" con energie leggermente diverse (uno nel caso in cui l'asse di asimmetria sia parallelo all'orbita, uno nel caso in cui sia perpendicolare, ad esempio). Questi vengono chiamati stati "non degeneri", misurando la differenza in energia di questi stati si può ricavare il contributo dato dall'allineamento dell'elettrone e quindi quanto è poco sferico.

2) la parola "gauge" indica una misura o l'atto, o lo strumento di misura. Non ho mai trovato una traduzione soddisfacententemente migliore di "cariche di gauge" e simili.

Se ti riferisci a me no.
Gauge indica "calibrazione" quindi è vero che spesso e volentieri è riferito a misure sperimentali.
Ma nel mio contesto di "spazio di Gauge" è, al contrario, uno spazio "fittizio" che indica una deformazione di una proprietà diversa dalla geometria spaziale.
Il caso più eclatante è forse nel caso in cui il sistema non rispetti la conservazione del numero di particelle nella superconduttività/superfluidità fermionica: l'accoppiamento fra le particelle può essere rappresentato come una deformazione nello spazio di Gauge che determina una non conservazione, più o meno violenta, del numero, che deve essere ripristinata attraverso la rotazione in questo spazio di Gauge, e questo è una rappresentazione, molto efficace, dell'effetto Josephson.

[+Benito+]

Ah quindi il tuo riferimento a qualcosa "di Gauge" è riferito ad una cosa come dire "di Lagrange?" nel senso che è riferita ad un personaggio?
Ti confesso che sono proprio in difficoltà a comprendere nei vari libri che ho letto cosa si intende con l'uso della parola gauge che non è praticamente mai tradotta e può assumere svariati significati simili ma non palesi.

[Raghnar-The coWolf-]

Ah quindi il tuo riferimento a qualcosa "di Gauge" è riferito ad una cosa come dire "di Lagrange?" nel senso che è riferita ad un personaggio?

Nono, significa sempre "calibrazione" tuttavia è una "calibrazione teorica" e non sperimentale :P
In altri termini può essere considerata come la calibrazione della fase assoluta delle funzioni d'onda, ovvero qualcosa di assolutamente non misurabile la cui proiezione è però fondamentale.

Ti confesso che sono proprio in difficoltà a comprendere nei vari libri che ho letto cosa si intende con l'uso della parola gauge che non è praticamente mai tradotta e può assumere svariati significati simili ma non palesi.

Eh non è una parola facile, e il problema è che è utilizzata prevalentemente nei contesti più avanzati dove già è difficile capire qualcosa, figuriamoci tutto, e con diverse accezioni.

[+Benito+]

Per esempio, il calibro, si chiama gauge. Ma anche l'alesaggio, si chiama gauge.


Quando nei libri che ho letto, principalmente hawking e greene, si parla di campi o cariche di gauge, quindi, cosa si intende? spin?

[jumpjack]

A che cosa serve questa scoperta??? :stordita:

[Raghnar-The coWolf-]

Quando nei libri che ho letto, principalmente hawking e greene, si parla di campi o cariche di gauge, quindi, cosa si intende? spin?

Non ho letto quei libri quindi non so il contesto, se puoi contestualizzare tu posso provare a capire ;)

A che cosa serve questa scoperta??? :stordita:

Misurare la violazione di CP e CPT, quindi le ragioni dell'asimmetria materia-antimateria.

[+Benito+]

se faccio il ponte prometto che tiro fuori un libro e ti riporto un pezzo.

[:dissident:]

dal blog Stukhtra:


La ricerca dei costituenti elementari del mondo che abitiamo è una costante della storia del pensiero: dai filosofi greci e romani (Leucippo, Democrito, Epicuro, Lucrezio eccetera) fino ai moderni fisici delle particelle, tutti si sono chiesti quali fossero veramente gli “a-tomi” (cioè le entità “prive di parti”) della materia che ci circonda. Nel corso dei secoli più volte gli scienziati pensarono di aver dato una risposta definitiva a questo stuzzicante interrogativo, ma dovettero sempre ricredersi. Dagli alambicchi all’LHC: potremmo sintetizzare così la strada percorsa.


Qual è dunque la risposta della scienza odierna? Il Modello Standard della fisica delle particelle (nella sua versione “minimale”) spiega la genesi della materia mediante due famiglie di fermioni elementari (leptoni e quark), i bosoni mediatori delle forze e lo scalare elementare di Higgs, tutti supposti puntiformi e privi di struttura interna. Bene. Tutto chiaro? Pare (ancora una volta!) proprio di no. Fanno molto discutere, infatti, alcune strane proprietà di queste particelle “elementari”. Consideriamo per esempio il quark top, la cui massa è 175 GeV: come è possibile che un quark, uno dei costituenti dei nuclei atomici, abbia una massa superiore a quella di ogni atomo presente nella Tavola Periodica? Ricordiamo infatti che la massa di un nucleone è circa 1 GeV e che i nuclei più pesanti sono costituti da un centinaio di nucleoni. Per non parlare poi del bosone di Higgs, misterioso e sfuggente. La situazione è quindi tutt’altro che chiara, tant’è che esistono parecchie teorie “oltre” il Modello Standard con particelle “elementari” alternative.

Nei giorni scorsi “Nature” ha pubblicato in un articolo i risultati dell’esperimento condotto da B.E. Sauer, J.J. Hudson, D. M. Kara, I.J. Smallman, M.R. Tarbutt e E.A. Hinds, scienziati del Centre for Cold Matter dell’Imperial College di Londra. Il titolo è intrigante: si parla di “momento di dipolo elettrico (EDM) dell’elettrone“. E qui il fisico salta sulla sedia, perché sa benissimo che un EDM è diretta conseguenza di una struttura interna della particella che lo possiede. Di sicuro una proprietà non attribuibile alle particelle puntiformi e prive di struttura! E quindi? L’elettrone, uno dei leptoni fondamentali del Modello Standard, non sarebbe più una particella

Calma. Chiediamoci che senso abbia misurare l’EDM di una particella senza struttura. Già: nessuno. Ma infatti il gruppo di studiosi ha indagato l’EDM dell’elettrone “vestito”, non dell’elettrone nudo e crudo (quello elementare). Con l’aggettivo “vestito” si intende l’elettrone circondato dalla nuvola di coppie materia-antimateria che la sua carica elettrica può eccitare dal vuoto quantistico.

La teoria quantistica dell’elettromagnetismo (QED) spiega come l’elettrone nudo “polarizzi il vuoto”, circondandosi così di coppie particella-antiparticella. Ma quali particelle? Tutte quelle dotate di carica elettrica. Se analizziamo quest’effetto includendo tutte le particelle cariche compatibili con il Modello Standard, otteniamo una “nuvola di vestizione” dell’elettrone con simmetria all’incirca sferica, quindi con EDM praticamente nullo (inferiore a 10-36 e.cm). Ma, dal momento che questo valore è molto inferiore a quello ottenuto dagli scienziati (6×10-28 e.cm, con livello di confidenza del 68 per cento), l’esperimento diventa una nuova finestra d’indagine sulla fisica al di là del Modello Standard. Infatti nessuno ci vieta (anzi, ben venga!) di costruire la “nuvola” mediante teorie che estendono il Modello Standard, come la Supersimmetria: inserendo anche i partner supersimmetrici delle ordinarie particelle si ottiene una previsione teorica di EDM ancora vicino allo zero (5×10-25 e.cm), superiore a quella del Modello Standard ma incompatibile con il dato sperimentale.

La misura della “forma” dell’elettrone “vestito” (o meglio della simmetria delle sue interazioni con il campo elettromagnetico) si rivela quindi una questione tutt’altro che di lana caprina. E dimostra come un esperimento condotto a basse energie (quelle proprie della fisica della materia) possa fare luce sui misteri indagati dai moderni collisionatori adronici (come LHC) a energie molto più alte. Hudson e i suoi colleghi hanno migliorato di un ordine di grandezza (da 10-27 a 10-28) la precedente stima sperimentale dell’EDM dell’elettrone, utilizzando monofluoruro di itterbio (YbF) al posto di atomi di tallio (Tl) (si guadagna in termini di intensità di campo elettrico sperimentato dal singolo elettrone). Tuttavia il team di scienziati si propone di migliorare ulteriormente l’efficienza dell’apparato, così da potersi inserire come voce autorevole nel dibattito sulle conferme sperimentale delle teorie della cosiddetta “nuova fisica”.

Hudson, J., Kara, D., Smallman, I., Sauer, B., Tarbutt, M., & Hinds, E. (2011). Improved measurement of the shape of the electron Nature, 473 (7348), 493-496 DOI: 10.1038/nature10104

[Raghnar-The coWolf-]

come è possibile che un quark, uno dei costituenti dei nuclei atomici, abbia una massa superiore a quella di ogni atomo presente nella Tavola Periodica?

E=mc^2 -.-'
Inoltre il piombo 208 e tutti gli elementi pesanti hanno massa superiore a 170 GeV -.-

[:dissident:]

E=mc^2 -.-'
Inoltre il piombo 208 e tutti gli elementi pesanti hanno massa superiore a 170 GeV -.-

Sí ma il punto cui fa riferimento l'articolo é "come é possibile che un atomo di massa x GeV sia composto da parti che hanno complessivamente massa maggiore di quella finale dell'atomo?"
Il fatto che alcuni elementi abbiano massa superiore non é significativo nel momento che ce ne sono molti per cui invece non é valido...

[litocat]

Sí ma il punto cui fa riferimento l'articolo é "come é possibile che un atomo di massa x GeV sia composto da parti che hanno complessivamente massa maggiore di quella finale dell'atomo?"
A questo Raghnar-The coWolf- ha gia' risposto. Segue dalla relativita', E=mc^2. Di solito l'energia di un sistema legato e' inferiore a quella del sistema slegato, quindi la massa del sistema legato e' inferiore alla somma delle masse delle parti che lo compongono.

[:dissident:]

Purtroppo non è la risposta corretta, che è invece che il quark top non è un costituente dei nucleoni (che consistono esclusivamente di legami di quark up e down) ;)

[Raghnar-The coWolf-]

Sí ma il punto cui fa riferimento l'articolo é "come é possibile che un atomo di massa x GeV sia composto da parti che hanno complessivamente massa maggiore di quella finale dell'atomo?"

il quark top non è un costituente dei nucleoni

Ecco appunto, altro errore dell'articolo... I componenti dei nucleoni hanno massa molto, molto più piccola dei nuclei totali, il motivo è sempre E=mc^2 nel regime di libertà asintotica.

E il motivo per cui il top ha massa così grande è E=mc^2, la sua energia di legame con il campo di higgs è molto più grande rispetto agli altri (e lo stesso per il bottom) a causa di una rottura di simmetria chirale.
Così è più corretto ma un tantino meno per iniziati :P

Il fatto che alcuni elementi abbiano massa superiore non é significativo nel momento che ce ne sono molti per cui invece non é valido...

1- come tu stesso hai ricordato gli elementi dei nucleoni sono quark up e down, che hanno massa molto più piccola dei nucleoni, e a maggior ragione degli atomi, ed il motivo è sempre E=mc^2.
2- l'articolo diceva 175 GeV > ogni atomo sulla tavola periodica, che è sbagliato.

E' un articolo che compara pere con arance, facendo per giustificare la comparazione assurda, veri e propri errori.

[litocat]

Purtroppo non è la risposta corretta, che è invece che il quark top non è un costituente dei nucleoni (che consistono esclusivamente di legami di quark up e down) ;)
Ok, un altro errore. Ma ha poca importanza se come tu dici:
il punto cui fa riferimento l'articolo é "come é possibile che un atomo di massa x GeV sia composto da parti che hanno complessivamente massa maggiore di quella finale dell'atomo?"
In un atomo non ci sono quark top ma il punto dell'articolo resta valido visto che la massa di un atomo e' inferiore alla somma delle masse degli elettroni e dei nucleoni che lo costituiscono. E la spiegazione di questo fatto e' quella che ti e' stata data.

[Spinoza]

Quella della sfericità è soltanto una metafora per la visualizzazione mentale. Le proprietà supersimmetriche non hanno niente a che fare con la geometria degli oggetti come la intendiamo noi.

[Raghnar-The coWolf-]

l'edm non c'entra per forza con la supersimmetria...