Ученые смогли поделить пополам заряд "виртуального" электрона

13 января 2012 года

Международный коллектив физиков смог разделить заряд виртуального подобия электрона на две части при помощи компьютерной модели, описывающей поведение отрицательно заряженной частицы в квантовой жидкости, охлажденной до абсолютного нуля, и опубликовал свои выводы в статье в журнале Science.

Электрон принадлежит к числу лептонов - классу легких элементарных частиц, у которых предположительно отсутствует внутренняя структура. Тем не менее, за последние несколько десятилетий ученые обнаружили множество намеков, что заряд электрона может делиться на равные части при определенных условиях - к примеру, в квантовой жидкости или в других сложных агрегатных состояниях вещества. Тем не менее, дробный заряд ученые так и не смогли однозначно зафиксировать на практике.

Сергей Исаков из Швейцарской высшей технической школы Цюриха, а также его коллеги Мэттью Гастингс (Matthew Hastings) из Дьюкского университета в городе Дарем (США) и Роджер Мелко (Roger Melko) из университета города Ватерлоо (Канада) уточнили некоторые параметры этого процесса при помощи компьютерной модели деления заряда электрона в квантовой жидкости.

Для создания квантовой жидкости ученые "охладили" в своей модели специально организованный кристалл из нескольких "атомов" до абсолютного ноля и сжали его. В таком состоянии электроны перестают отталкивать друг друга и "слипаются" в единое образование - квантовую жидкость. В этом состоянии отдельные электроны теряют самостоятельность и их совокупность ведет себя как одна огромная частица.

В модели Исакова и его коллег квантовая жидкость находится внутри полого тора, атомы в стенках которого объединены в решетку Кагомэ - соединение треугольников, выстроенных в виде повторяющихся рядов шестиконечных звезд. Эта структура привлекла внимание ученых тем, что в ней возникают дефекты с частичным положительным или отрицательным зарядом.

Ученые ввели в систему из квантовой жидкости и окружающей ее оболочки свободный электрон и проследили за его поведением. Выяснилось, что заряд частицы разделился на две половины под влиянием дефектов. Это подтвердило принципиальную возможность расщепления заряда в аналогичной конструкции в реальном мире.

По мнению исследователей, их выводы и методику можно использовать для экспериментов с гербертсмититом - естественным стеклоподобным минералом зеленого цвета, кристаллы которого выстроены в виде решетки Кагомэ. Этот минерал давно привлекает внимание физиков, изучающих сверхпроводимость, и опыты с его участием могут подтвердить или опровергнуть теоретические выкладки Исакова и его коллег.