Tính chất thứ tư của các electron

Ngoài khối lượng, điện tích và spin ra, các electron còn có một tính chất thứ tư như các lí thuyết vật lí hiện nay tiên đoán hay không? Các nhà nghiên cứu ở Đức, Cộng hòa Czech và Mĩ muốn đi tìm câu trả lời cho câu hỏi cơ bản này của vật lí học. Để cải thiện độ chính xác của các phép đo trước đây, họ đã tạo ra một chất liệu mới với sự hỗ trợ của siêu máy tính Julich JUROPA.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính chất thứ tư của các electron Tính chất thứ tư của các electronNgoài khối lượng, điện tích và spin ra, các electron còn có một tínhchất thứ tư như các lí thuyết vật lí hiện nay tiên đoán hay không? Cácnhà nghiên cứu ở Đức, Cộng hòa Czech và Mĩ muốn đi tìm câu trả lờicho câu hỏi cơ bản này của vật lí học. Để cải thiện độ chính xác của cácphép đo trước đây, họ đã tạo ra một chất liệu mới với sự hỗ trợ của siêumáy tính Julich JUROPA.Các nhà khoa học đã tạo ra một chất liệu ceramic mới với sự hỗ trợ củasiêu máy tính Julich JUPORA. Ảnh: Forschungszentrum JuelichElectron là những hạt sơ cấp tích điện âm. Chúng tạo ra lớp vỏ baoxung quanh các nguyên tử và ion. Đó là điều bạn đã học được ở trườngphổ thông. Tuy nhiên, đã từ rất sớm, người ta biết rằng thông tin nàycần được bổ sung thêm. Lí do là nhiều nhà vật lí tin rằng các electroncó một mômen lưỡng cực điện vĩnh cửu. Một mômen lưỡng cực điệnthường sinh ra khi các điện tích dương và âm bị phân cách trong khônggian.Tương tự như các cực bắc và nam của một nam châm, có hai loại điệncực. Trong trường hợp các electron, tình huống phức tạp hơn nhiều vìcác electron thật ra không có chiều kích không gian nào cả. Dẫu vậy,toàn bộ các lí thuyết vật lí vượt khỏi mô hình chuẩn của vật lí hạt sơcấp đều xây dựng trên sự tồn tại của mômen lưỡng cực đó. Các líthuyết này hóa ra có thể giải thích làm thế nào vũ trụ ở dạng như chúngta biết ngày nay có thể được tạo ra trong những thời khắc đầu tiên.Theo các lí thuyết đang thịnh hành, Vụ nổ Lớn xảy ra cách nay chừng13,7 tỉ năm trước đã phải tạo ra lượng vật chất và phản vật chất nhiềungang nhau. Vì hai đối tượng này hủy lẫn nhau, nên sẽ chẳng còn lại gì.Tuy nhiên, trên thực tế, có nhiều vật chất hơn phản vật chất đã được tạora. Một mômen lưỡng cực điện của electron có thể giải thích được sựmất cân bằng này.Cho đến nay, chưa có ai từng chứng minh thành công sự tồn tạo củamômen lưỡng cực nhỏ xíu trên lí thuyết này. Các phương pháp hiệnnay đơn giản là không đủ nhạy. Tuy nhiên, một miếng ceramic nhỏ sẽcó thể sớm làm thay đổi cục diện này. Tiến sĩ Marjana Ležaić và tiến sĩKonstantin Rushchanskii tại Viện Vật lí Chất rắn ở ForschungszentrumJülich, cùng với giáo sư Nicola Spaldin tại trường Đại học California ởSanta Barbara, đã thiết kế ra miếng ceramic này, với các tính chất rấtđặc biệt, trong một phòng thí nghiệm ảo, sử dụng siêu máy tínhJUPORA. Chất liệu europium barium titanate mới đó sẽ cho phép cácphép đo nhạy hơn 10 lần so với trước đây. Theo các nhà vật lí Julich,độ nhạy này có thể đủ để tìm ra mômen lưỡng cực điện của electron.Vì mômen lưỡng cực điện không thể đo trực tiếp, nên các nhà vật líđang làm việc với các nhà khoa học ở trường Đại học Yale, Hoa Kì, vàcác viện nghiên cứu Czech ở Ptague, để chứng minh gián tiếp sự tồn tạicủa nó. Các nhà nghiên cứu ở Yale đã phát triển một cơ cấu thí nghiệmsử dụng một từ kế giao thoa SQUID cực nhạy để đi sự từ hóa củamiếng ceramic trong một điện trường. Mục tiêu của họ là chứng minhmột sự thay đổi ở sự từ hóa khi điện trường bị đảo ngược lại. Đây đồngthời sẽ là bằng chứng rằng tồn tại mômen lưỡng cực điện. Trong mộtelectron, một lưỡng cực điện chỉ có thể định hướng song song hoặc đốisong với spin electron. Trong một điện trường, đa số electrond dịnhhướng sao cho mômen lưỡng cực của chúng song song với trường. Sốelectron định hướng khác thì ít hơn. Điều này sẽ dẫn tới một sự từ hóacó thể đo được. Nếu điện trường đảo hướng ngược lại, thì các mômenlưỡng cực của các electron bị đảo ngược, dẫn tới một sự thay đổi đồngthời, có thể đo được, ở sự từ hóa. Mặt khác, nếu không có mômenlưỡng cực điện, thì sự từ hóa sẽ giữ nguyên không đổi.Rất khó tìm ra một chất liệu thích hợp bằng phương pháp thử-sai. Chấtliệu này phải có sự kết hợp không bình thường của các tính chất: nồngđộ các ion từ cao, sự mất trật tự từ ở nhiệt độ dưới bốn độ Kelvin vàmột sự phân cực điện có thể đảo ngược lại. Ležaić cho biết các đồngnghiệp của bà ở Yale đã đi đến ý tưởng và thực hiện các phép đo đểkiểm tra những chất liệu khác nhau. Tuy nhiên, một chất liệu mới vớitoàn bộ những tính chất cần thiết có thể tìm thấy nhanh hơn với việc sửdụng phân tích lí thuyết và các mô phỏng trên máy tính. Nhóm hợp táccủa Ležaić đã tổng hợp ảo và phân tích europium barium titanate trênsiêu máy tính ở Julich. Để làm như vậy, tất cả những gì họ cần là thànhphần hóa học của nó và các phương trình cơ bản của cơ học lượng tử.Từ đây, họ đã tính ra sự tương tác giữa từng nguyên tử và electron vàcác tính chất từ địa phương. Từ đó, họ kết luận ceramic là chất liệu tốiưu.Các nhà nghiên cứu ở Prague cũng đã tổng hợp và phân tích chất liệutrên trong phòng thí nghiệm và xác nhận các tính chất đã tính ra ởJulich. Duy chỉ có mômen lưỡng cực tìm kiếm lâu nay của electtronvẫn là chưa phát hiện ra. Các hiệu ứng không mong muốn vẫn cố hữutrong các phép đo, cho nên các nhà khoa học cần làm việc nhiều hơnnữa mới mong xác nhận được mômen lưỡng cực điện của electron là cóhay không. ...