تويت
تشير أدق القياسات التي تم التوصل إليها لحد الآن لعمر الإلكترون، إلى أن الجسيم الذي يولد اليوم سيعيش على الاغلب 66,000 يوتا سنة ، والذي يعد أكبر من عمر الكون الحالي بخمسة كونتليون ضعفًا. وهذا ما توصل إليه الفيزيائيون العاملون على تجربة بوركسينو في إيطاليا؛ فهم يبحثون عن دليل يثبت أن الإلكترون يتفتت ليصبح فوتون ونيوترينو: وهذه العملية هي انتهاك لمبدأ حفظ الشحنة الكهربائية، وتشير الى فيزياء غير مكتشفة ما بعد النموذج المعياري للفيزياء.
الإلكترون هو الحامل الأقل كتلة للشحنة السالبة المعروف لدى الفيزيائيين. تُولد عمليات التفتت حسب مبدأ حفظ الطاقة جسيمات ذات كتلة أقل مثل النيوترينوات. لكن كل الجسيمات التي تملك كتلة أقل من كتلة الإلكترون ليس لديها شحنة كهربائية، ولذلك فإن شحنة الإلكترون يجب أن تتلاشى خلال أي عملية تفتت مفترضة.
هذا ينتهك مبدأ حفظ الشحنة، والذي يعد أساسًا وجزءًا من النموذج المعياري لفيزياء الجسيمات. وكنتيجة لذلك، يعد الإلكترون حسب النموذج جسيمًا أساسيًا لا يتفتت. مع ذلك، لا يفسر النموذج المعياري كل جوانب الفيزياء بشكل كافٍ، وبالتالي فإن اكتشاف تفتت الإلكترون قد يساعد الفيزيائيين في تطوير نموذج مطور جديد عن الطبيعة.
أجرِيَ آخر بحث حول تفتت الإلكترون بواسطة الكاشف بوركسينو، والذي صُمم بشكل رئيسي لدراسة النيوترينوات. الكاشف موجود تحت جبل في مختبر غران ساسو الطبيعي لوقايته من الإشعاعات الكونية، ويتكون من 300 طن من السائل العضوي المفحوص من قبل 2212 مضخم ضوئي.
اصطياد الفوتونات
ركز فريق بوركسينو على عملية تفتت افتراضية معينة، حيث يتفتت الإلكترون في سائل عضوي الى نيوترينو وفوتون بطاقة 256 كيلو إلكترون فولت ثم يتفاعل هذا الفوتون مع إلكترونات في السائل، لتنتج وميضًا مميزًا من الضوء والتي يمكن الكشف عنها بواسطة مضخمات الفوتونات.
حلل الفيزيائيون الإشارات المسجلة من جميع مضخمات الفوتونات من شهر يناير 2012 إلى مايو2013 بهدف البحث عن إشارة لفوتون بطاقة 256 كيلو إلكترون فولت. وللقيام بذلك، اضطروا في البداية إلى عزل أو فصل الإشارات عن عدد من العمليات التي ليس لها صلة التي تحدث في الكاشف، وإنتاج كميات مشابهة من الضوء على صورة فوتون بطاقة 256 كيلو إلكترون فولت.
هذا يتضمن التفتت الإشعاعي لبضعة نظائر مُتعقبة في الكاشف، بالإضافة للضوء الصادر عن اصطدام النيوتريونات التي صمم البوركسينو ليكشف عنها. بعد الأخذ بعين الاعتبار إشارة الخلفية هذه، تمكن الفريق من القول بأنه لم يتم رصد أي عملية اضمحلال لإلكترون أثناء الـ 408 يومًا من العمل.
يحتوي السائل العضوي الخاص بالبوركسينو عددًا هائلًا من الإلكترونات وحقيقة أنه لم يتفتت أي إلكترون خلال البحث سمحت للفريق بتقدير الحد الأدنى لمتوسط عمر الإلكترون. والحد الأدنى للعمر الذي قدره الباحثون والذي هو أكبر بمئة ضعف من الحد الأدنى السابق تم قياس هذا الحد عام 1998 من قبل منشأة اختبار الإحصاء والذي كان قبل هذه التجربة الحالية.
قنوات غير مرئية
قال جيانباولو بيليني، الناطق الإعلامي لبوركسينو موقع فزكس وورلد بأنه في حال نُقّي الكاشف بشكل أكبر ليقصي أشعاعات الخلفية فعلياً، فإن هذا يمكن أن يزيد الحد الأدنى وأشار إلى البوركسينو يمكن أن يُستخدم أيضًا للبحث عن الاضمحلال في القنوات غير المرئية التي يتحول بواسطتها الإكترون إلى ثلاث نيوترينوات، أو حتى من الممكن أن يبحث عن اختفاء إلكترون في أبعاد أخرى.
الإلكترون هو الحامل الأقل كتلة للشحنة السالبة المعروف لدى الفيزيائيين. تُولد عمليات التفتت حسب مبدأ حفظ الطاقة جسيمات ذات كتلة أقل مثل النيوترينوات. لكن كل الجسيمات التي تملك كتلة أقل من كتلة الإلكترون ليس لديها شحنة كهربائية، ولذلك فإن شحنة الإلكترون يجب أن تتلاشى خلال أي عملية تفتت مفترضة.
هذا ينتهك مبدأ حفظ الشحنة، والذي يعد أساسًا وجزءًا من النموذج المعياري لفيزياء الجسيمات. وكنتيجة لذلك، يعد الإلكترون حسب النموذج جسيمًا أساسيًا لا يتفتت. مع ذلك، لا يفسر النموذج المعياري كل جوانب الفيزياء بشكل كافٍ، وبالتالي فإن اكتشاف تفتت الإلكترون قد يساعد الفيزيائيين في تطوير نموذج مطور جديد عن الطبيعة.
أجرِيَ آخر بحث حول تفتت الإلكترون بواسطة الكاشف بوركسينو، والذي صُمم بشكل رئيسي لدراسة النيوترينوات. الكاشف موجود تحت جبل في مختبر غران ساسو الطبيعي لوقايته من الإشعاعات الكونية، ويتكون من 300 طن من السائل العضوي المفحوص من قبل 2212 مضخم ضوئي.
اصطياد الفوتونات
ركز فريق بوركسينو على عملية تفتت افتراضية معينة، حيث يتفتت الإلكترون في سائل عضوي الى نيوترينو وفوتون بطاقة 256 كيلو إلكترون فولت ثم يتفاعل هذا الفوتون مع إلكترونات في السائل، لتنتج وميضًا مميزًا من الضوء والتي يمكن الكشف عنها بواسطة مضخمات الفوتونات.
حلل الفيزيائيون الإشارات المسجلة من جميع مضخمات الفوتونات من شهر يناير 2012 إلى مايو2013 بهدف البحث عن إشارة لفوتون بطاقة 256 كيلو إلكترون فولت. وللقيام بذلك، اضطروا في البداية إلى عزل أو فصل الإشارات عن عدد من العمليات التي ليس لها صلة التي تحدث في الكاشف، وإنتاج كميات مشابهة من الضوء على صورة فوتون بطاقة 256 كيلو إلكترون فولت.
هذا يتضمن التفتت الإشعاعي لبضعة نظائر مُتعقبة في الكاشف، بالإضافة للضوء الصادر عن اصطدام النيوتريونات التي صمم البوركسينو ليكشف عنها. بعد الأخذ بعين الاعتبار إشارة الخلفية هذه، تمكن الفريق من القول بأنه لم يتم رصد أي عملية اضمحلال لإلكترون أثناء الـ 408 يومًا من العمل.
يحتوي السائل العضوي الخاص بالبوركسينو عددًا هائلًا من الإلكترونات وحقيقة أنه لم يتفتت أي إلكترون خلال البحث سمحت للفريق بتقدير الحد الأدنى لمتوسط عمر الإلكترون. والحد الأدنى للعمر الذي قدره الباحثون والذي هو أكبر بمئة ضعف من الحد الأدنى السابق تم قياس هذا الحد عام 1998 من قبل منشأة اختبار الإحصاء والذي كان قبل هذه التجربة الحالية.
قنوات غير مرئية
قال جيانباولو بيليني، الناطق الإعلامي لبوركسينو موقع فزكس وورلد بأنه في حال نُقّي الكاشف بشكل أكبر ليقصي أشعاعات الخلفية فعلياً، فإن هذا يمكن أن يزيد الحد الأدنى وأشار إلى البوركسينو يمكن أن يُستخدم أيضًا للبحث عن الاضمحلال في القنوات غير المرئية التي يتحول بواسطتها الإكترون إلى ثلاث نيوترينوات، أو حتى من الممكن أن يبحث عن اختفاء إلكترون في أبعاد أخرى.
- 66,000 سنة = (6.6 × 1028)سنة