Elektron “Lebensdauer” ist Mindestens 5 Trillionen Mal das Alter des Universums

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Electron "Lifespan" is at Least 5 Quintillion Times the Age of the Universe

Grundlegende Physik deutet darauf hin, dass die Elektronen sind im wesentlichen unsterblich. Ein faszinierendes experiment kurzem konnte stürzen diese Grundannahme. Aber der Aufwand hat produziert eine überarbeitete minimale Lebensdauer der Elektronen: 60,000 yottayears, die erhalten wird — diese — über fünf Trillionen mal das aktuelle Alter des Universums.

Das ist ein Yotta Jahren

Ein Elektron ist die leichteste subatomaren Teilchen, trägt eine negative elektrische Ladung. Es hat keine bekannten Komponenten, die ist, warum es als ein Grundbaustein des Universums, oder ein Elementarteilchen.

Electron "Lifespan" is at Least 5 Quintillion Times the Age of the Universe

Das Borexino-Anlage (Credit: INFN/Gran-Sasso -)

Ein internationales Forscherteam arbeitet an der Borexino-experiment in Italien waren auf der Suche nach Anzeichen von Elektronen verfallenden in leichtere Teilchen, aber wie erwartet, Sie kamen zu kurz. Dies ist eigentlich eine gute Sache, weil es bestätigt, was die Physiker haben lange vermutet. Hatten Sie Beweise dafür gefunden, dass Elektronen zerfallen in Photonen und neutrinos — auch mit geringerer Masse Elementarteilchen — würde es gegen die Erhaltung der elektrischen Ladung. Eine solche Entdeckung würde vorschlagen, eine völlig neue Physik jenseits des Standard-Modells.

Aber das research-team hat es geschafft, sich mit den meisten genaue Messung noch von der “Lebensdauer” von Elektronen. Ihre Berechnungen ergaben, dass ein Teilchen, heute wird noch in 66,000 yottayears (6.6 × 1028 Jahre), die als Physik-Welt bringt”, ist etwa fünf Trillionen mal das aktuelle Alter des Universums.” Die details dieser Arbeit erscheint jetzt in der Fachzeitschrift “Physical Review Letters”.

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Ein Artikel im APS-Physik erklärt, wie die Wissenschaftler kamen zu so einer extremen Abbildung:

Borexino besteht aus einer Schale von Erdöl-basierten Flüssigkeit, die leuchtet, wenn ein neutrino, eine fast masselosen Neutrale Teilchen, klopft ein Elektron verlieren von einem der liquid-Atome. Der Detektor ist in etwa 2000 Photomultiplier dann verstärken und das Gefühl das emittierte Licht. [Die] Forscher berechnet, die Empfindlichkeit des Detektors zu Photonen produziert über hypothetische Elektron zerfällt in ein photon und ein neutrino…dann suchten Sie für photon “Ereignisse” vor diesem hintergrund mit den Energien der Nähe von 256 kilo-elektronenvolt, eine Energie entspricht der Hälfte der Elektronen Ruhemasse.

Nach einem Blick auf 408 Tage im Wert von Daten, die Sie gefunden….nichts. Aber Sie haben es geschafft, zu bestimmen einer mittleren Elektron Lebensdauer.

Eine Neue Untere Schranke

Nun bedeutet dies nicht, dass Elektronen werden so lange Leben. Erste, das Universum wahrscheinlich nicht existieren. Und auch wenn es immer noch um — sagen nach einem Big Rip Szenario — die grundlegenden Eigenschaften von Teilchen wie Elektronen wird wahrscheinlich ganz anders aus.

Zweitens, und mehr auf den Punkt, die neuen Messungen bewegen sich die zuvor geschätzte Untergrenze Elektron “Langlebigkeit.” Die neue Figur ist 100 mal größer als der vorhergehende untere Grenze, das war bestimmt ein ähnliches experiment zurück im Jahr 1998. Anders ausgedrückt, wenn eine solche Reaktion Auftritt, muss es passieren weniger als einmal pro 6.6 × 1028 Jahre.

Keine Anzeichen von Karies

Der Grund für die schrecklich lange Lebensdauer hat mit der Tatsache zu tun, dass die Wissenschaftler nicht ganz sicher sein, dass Elektronen sind immun gegen Karies. Die Beobachtungen der Borexino-Forscher — oder vielmehr das fehlen von Beobachtungen nahe, dass, weil wir noch nicht gesehen Elektronen zerfallen durch jetzt, Ihre Laufzeiten muss mindestens so groß sein wie der neue Berechnungen zeigen.

Sean Carroll, ein professor in der Abteilung für Physik an der California Institute of Technology, erklärte er Gizmodo eine E-Mail:

Zerfall ist sehr natürlich in der Teilchenphysik; die schwereren Partikel neigen dazu, zerfallen in leichtere. Ein neutron Links ganz von selbst, zum Beispiel, wird Zerfall in ein proton, ein Elektron und ein anti-neutrino in nur wenigen Minuten. Es ist nur die elementar-Teilchen-version der Zerfall eines radioaktiven Kern wie Uran.

Aber es gibt einige Dinge, die scheinen nie zu passieren, die wir beschreiben, durch die erhaltungssätze. Zum Beispiel, die gesamte elektrische Ladung ändert sich nicht. Auch die “baryonenzahl” (Gesamt Anzahl der Neutronen, Protonen plus, minus die Anzahl der anti-Protonen plus anti-Neutronen), und die “leptonenzahl” (Elektronen plus neutrinos, abzüglich Ihren Antiteilchen). Achtung: dies ist zufrieden durch die Neutronen zerfallen. Vor dem Zerfall wir haben ein neutron, die Ladung = 0, baryonenzahl = 1, und leptonenzahl = 0. Danach ist es auch kostenlos = 0 (proton = +1, Elektron = -1, anti-neutrino = 0), baryonenzahl = 1 (proton = 1 -, Elektronen-und anti-neutrino = 0), und leptonenzahl = 0 (proton = 0, Elektron = 1, anti-neutrino = -1).

Baryon-und leptonenzahl noch nie gesehen zu ändern, in jedem experiment — wäre das Nobel-Preis-würdig — aber auf theoretischen überlegungen, die wir denken, dass Sie möglicherweise ändern könnte, und wohl schon in den frühen Universum. (Das würde auch erklären, warum es mehr Materie als Antimaterie in der aktuellen Universum.)

Aber niemand erwartet, dass kostenlos zu ändern, ist ein robuster erhaltene Menge.

“Es wäre eine der erstaunlichsten Dinge auch immer, wenn die elektrische Ladung war nicht konserviert”, sagte Carroll. “Das ist, warum jeder denkt, dass Elektronen nicht zerfallen.”

Carroll, sagte der nur Partikel, die leichter sind als Elektronen sind elektrisch neutral: neutrinos, Photonen, Gluonen, Gravitonen. Wenn es anderen Licht geladenen Teilchen, sollten wir erkannt haben, Sie jetzt. Dies legt nahe, es gibt nichts, das Elektron zu verfallen.

“Aber wir sollten noch Aussehen! Es ist eine Lotterie ticket — sehr unwahrscheinlich, dass Sie nichts finden, aber wenn Sie tun, Sie Reich zu werden”, sagte Carroll. “Traurig, Sie hat nichts gefunden, aber null-Ergebnisse sind ein wichtiger Bestandteil der gute Wissenschaft.”

Lesen Sie die gesamte Studie in der Zeitschrift Physical Review Letters: “Test der Elektrischen Ladung Erhaltung mit Borexino.

Den Autor E-Mail an george@gizmodo.com und ihm Folgen unter @dvorsky. Bild oben: Borexino-Experiment.