Massa e forma do elétron.

Massa do elétron é medida com precisão inédita

Redação do Site Inovação Tecnológica – 27/02/2014

Massa do elétron é medida com precisão inédita

Esta é a balança onde foi medida a massa do elétron – um isótopo do carbono (C12), cuja massa é bem conhecida, foi deixado com um único elétron, e posto para girar em uma armadilha magnética. [Imagem: Sven Sturm/MPI for Nuclear Physics]

De bem com a balança

Cientistas alemães fizeram uma nova medição da massa do elétron que chegou a um resultado que é 13 vezes mais preciso do que o anterior.

E essa precisão importa bastante: se os elétrons fossem um pouquinho mais pesados ou mais leves do que são na realidade, o mundo seria radicalmente diferente do que é.

Assim, saber o valor da massa do elétron o mais exatamente possível tem um grande impacto nas teorias que tentam explicar esse mundo como ele de fato é.

Segundo os pesquisadores, os elétrons são considerados a “cola do nosso mundo” – as reações químicas, dependentes dos elétrons em camadas bem definidas não ocorreriam, e a luz não seria capaz de interagir com a matéria se o elétron fosse só um pouquinho diferente do que é.

A massa do elétron é também uma variável central no chamado modelo padrão da física, que descreve três das quatro forças fundamentais conhecidas atualmente.

Embora esse modelo funcione bem, é claro que há limites à sua validade. Como ninguém sabe ainda onde estão esses limites, compreender o que já se conhece com grande precisão pode abrir o caminho para desvendar novas inter-relações físicas, até chegar ao que não se conhece.

O resultado da medição revelou que um elétron tem uma massa de 1/1836,15267377 a massa do próton, ou 0,000548579909067 unidade de massa atômica.

Posto em quilogramas, isso é alguma coisa em torno de 10-30 kg.

Elétron parece ser esférico – até onde se consegue ver

Redação do Site Inovação Tecnológica – 05/12/2013

Formato do elétron

O núcleo do átomo tem formato de pera, mas o elétron continua sendo esférico.[Imagem: Liam Gaffney/Peter Butler/Universidade de Liverpool]

Todos os físicos reconhecem que suas teorias, incluindo o Modelo Padrão da física de partículas, são incompletas.

Todos não, já que, é claro, sempre há exceções, como os que acreditam que já sabem tudo o que há para se saber sobre a matéria.

O problema é que está sendo muito difícil encontrar sinais de uma “nova física“, experimentos que desafiem o modelo atual ou encontrem algo – na faixa do experimentalmente possível – que não possa ser explicado por ele.

Em janeiro deste ano, uma equipe alemã mediu o tamanho do próton e levantou algumas dúvidas, embora o assunto permaneça em discussão.

Logo depois, em maio, foi a vez de se descobrir que o núcleo do átomo tem formato de pera.

Isso significa que os nêutrons e os prótons estão em posições ligeiramente diferentes ao longo de um eixo interno do núcleo, abrindo a possibilidade da existência de uma nova força fundamental.

Agora foi a vez de os físicos medirem a forma do elétron.

Formato do elétron

O elétron é considerado esférico na teoria atual, embora teorias alternativas e especulativas, incluindo algumas versões da chamada supersimetria, exigem um elétron que não seja totalmente redondo.

A equipe da colaboração internacional ACME (Advanced Cold Molecule EDM Experiment) avaliou a esfericidade do elétron de forma indireta, medindo o momento dipolar elétrico da partícula-onda.

Formato do Elétron

Físicos brasileiros vão usar o LHC 2.0 para tentar encontrar uma nova Física. [Imagem: Fermilab]

Imagine esse momento dipolar como sendo um ímã – se os elétrons realmente possuírem um momento de dipolo então eles não são esféricos, mas ligeiramente achatados, o que poderia dar razão às novas teorias.

O resultado, contudo, não trouxe boas notícias para essas versões da “nova física”.

Embora seja impraticável hoje medir um momento dipolar igual a zero, e afirmar que o elétron é absolutamente esférico, a equipe concluiu que o momento dipolar não é maior do que zero com uma precisão muito grande.

O elétron parece ser esférico até uma magnitude de 0,00000000000000000000000000001 centímetro – mais precisamente 8,7 × 10-29 cm.

Isso não abala em nada o Modelo Padrão, que aguenta uma esfericidade de até 10-39 cm.

Teóricos x experimentalistas

Mas nem todas as teorias “alternativas” foram derrubadas. Alguns modelos mais complexos e mais exóticos da supersimetria preveem um pequeno momento dipolar elétrico ainda na faixa não alcançada pela precisão dos experimentos.

Isso deixa alguns defensores do Modelo Padrão indignados: “Você pode fazer modelos de supersimetria ao infinito. Um bom teórico pode inventar um modelo em meia hora, e um experimentalista vai levar 20 anos para derrubá-lo,” disse Eugene Commins, membro da equipe que fez a medição do elétron.

Bibliografia:
Order of Magnitude Smaller Limit on the Electric Dipole Moment of the Electron
ACME Collaboration, Jacob Baron, Wesley C. Campbell, David DeMille, John M. Doyle, Gerald Gabrielse, Yulia V. Gurevich, Paul W. Hess, Nicholas R. Hutzler, Emil Kirilov, Ivan Kozyryev, Brendon R. O’Leary, Cristian D. Panda, Maxwell F. Parsons, Elizabeth S. Petrik, Ben Spaun, Amar C. Vutha, Adam D. West
arXiv
http://arxiv.org/abs/1310.7534

Bibliografia:
High-precision measurement of the atomic mass of the electron
S. Sturm, F. Köhler, J. Zatorski, A. Wagner, Z. Harman, G. Werth, W. Quint, C. H. Keitel, K. Blaum   Nature     Vol.: 506, 467-470     DOI: 10.1038/nature13026

Publicado em 27/02/2014, em Atualidades. Adicione o link aos favoritos. Deixe um comentário.

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