עדות ראשונית להשערה שהאלקטרון אינו חלקיק יסודי

בשבוע האחרון פורסמה תגלית ראשונית המחזקת את ההשערה השנויה במחלוקת שהאלקטרון בנוי משני חלקיקים יסודיים: האחד נושא את המטען החשמלי השלילי והשני את הספין של האלקטרון. אם אכן הפרשנות נכונה, ההנחה בת יותר ממאה שנה עשויה להמחק ולהכות גלים בקהילה המדעית.

אטום מוקף באלקטרונים. צילום: depositphotos.com
אטום מוקף באלקטרונים. צילום: depositphotos.com

מאז גילוי האלקטרון על ידי ג'יי ג'יי תומסון בשנת 1897, החלקיק המפורסם ביותר בטבע הוכר כחלקיק אלמנטרי. סביר להניח שלא קיים פיזיקאי בעולם שאינו מחשיב את האלקטרון כחלקיק יסודי שלא ניתן לפירוק. ובכל זאת, בניסוי שנערך באוניברסיטת פרינסטון ופורסם במגזין היוקרתי Nature Physics, החוקרים הצביעו על תופעה משונה המוסברת בעזרת הטיעון השנוי במחלוקת שהאלקטרון למעשה בנוי משני חלקיקים שונים. לטענת החוקרים, אחד החלקיקים נושא את המטען החשמלי של האלקטרון והשני נושא את המטען הספינורי. "אנחנו מאמינים שזו העדות המוצקה הראשונה לכך שהספין והמטען מתוארים על ידי חלקיקים נפרדים" מסביר נאי פון אונג, פרופסור מהמכון לפיזיקה בפרינסטון ואחד מכותבי המאמר.

פיליפ אנדרסון, קרדיט: ויקיפדיה

הפיזיקאים מפרינסטון הושפעו מתגליתו של זוכה פרס הנובל פיליפ אנדרסון, שנפטר רק לאחרונה בשנת 2020. אנדרסון הוכיח שקיימים חומרים ייחודיים בעלי פאזה (או בהגייה היומיומית "מצב צבירה") בשם "נוזלי ספין". כדי להבין את טבעו של "נוזל הספין" נזכר במצבי הצבירה המוכרים ביותר בטבע: גז, נוזל ומוצק. מצבי הצבירה מאופיינים בסידור האטומי של החומר. ככל שהטמפרטורה קטנה, החומר נוטה להסתדר, כלומר להתארגן בצורה גבישית ולהתמצק. באופן דומה, הספינים נוטים להסתדר בטמפרטורות נמוכות.

בפשטות, ספין הוא שם נרדף למגנט הפנימי של חלקיקי הטבע, אותו ניתן לדמות למוט מגנטי. כדי שחומר יבטא תכונות מגנטיות, הצפון המגנטי של כל החלקיקים חייב להיות מכוון לכיוון אחיד. בדומה למוצק, בטמפרטורות נמוכות הספינים נוטים להתכוונן לאותו ציר. בטמפרטורות גבוהות לעומת זאת, הספינים מסתדרים בכיוונים רנדומיים לחלוטין. "נוזל ספיני" הינו שלב ביניים בין שני קיצונים אלה, הספינים אינם מסודרים לכיוון יחיד וקבוע, אלא משנים את צירם באופן תדיר אך מתואם עם שאר חלקיקי החומר. בפאזה זו, התיאום בין הספינים מבטא "שזירה" רב חלקיקית. נציין שכאשר החומר מבטא פאזה נוזלית לספינים, הוא אינו מסוגל להקפיא את כיוונם, כלומר גם בטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט, הספינים מתנהגים כ"נוזל".

הגרף המראה את האוסילציות של המוליכות כפונקציה של הטמפרטורה. מתוך המאמר המקורי.

התיאור המתמטי של הנוזל הספינורי אילץ את אנדרסון בשנת 73' להניח שלאלקטרון מבנה פנימי המורכב משני חלקיקים אלמנטריים. האחד נושא את המטען החשמלי של האלקטרון והשני מכיל את הספין שלו. לחלקיק נושא הספין העניק אנדרסון את השם "ספינון".

בניסוי הנוכחי, הפיזיקאים חיפשו אחר סימנים להימצאו של הספינון בנוזל ספינורי המורכב מאטומי כלור ורותניום. כדי ליצור פאזה נוזלית לספינים, החוקרים הניחו את החומר בסביבה קיצונית בטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט (סביב מינוס 273 מעלות צלזיוס) ובנוכחות שדות מגנטיים עוצמתיים. לקצוות החומר חובר מד טמפרטורה כדי לבחון את מוליכות החום. התאוריה של אנדרסון חוזה שאם ספינונים קיימים, מוליכות החום משתנה באופן תנודתי כפונקציה של השדה המגנטי. התנודות, כפי שאנדרסון הראה, חלשות מאוד ולכן מצריכות מדידות רגישות ומדויקות במיוחד. במחקר שנמשך לאורך שלוש שנים, החוקרים מפרינסטון הצליחו להראות תנודות במוליכות בהתאמה גבוהה לתאוריה של אנרדרסון.

"פיזיקאים מחפשים מזה ארבעה עשורים אחר סימנים שיעידו על קיומו של הספינון", סיפר אונג בהתרגשות. "אם אכן הפרשנות הספינונית נכונה, הענף המדעי יצמח פלאים".

עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

10 תגובות

  1. "גלים אלקרו מגנטיים , הם גלים של זמן פסיבי הנעים בתווך נח מוחלט של זמן פסיבי"

    לא.

  2. aetzbar אתה מדבר הרבה אבל בעיקר ג'יבריש ושטויות ממוחך הקודח.

    תודה על הכתבה המעניינת!

  3. לא ייתכן שמלל חסר פשר כמו חלקיק, יהיה נושא רציני לדיון של המדעים המדויקים.
    המדעים המדויקים דנים "בדברים כמותיים נמדדים" כמו אורך, שטח, נפח, זמן ואנרגיה.
    לכל אחד מהדברים האלה יש מכשיר מדידה
    מד אורך הוא סרגל פשוט
    במד שטח ונפח אין צורך
    מד זמן יש והוא שעון
    מד אנרגיה יש והוא קפיץ פשוט.

    אין שום סימן שחלקיק זה מושג כמותי מדעי, ולכן אי אפשר לדבר על חלוקתו.
    מקובל להגיד כי מדובר בחלקיק של חומר, אבל גם החומר אינו מושג מדעי כמותי.
    חלקיק, חומר, אינסוף , הם מושגים ספרותיים ולא מדעיים
    ומדוע תפיסת החלקיקים עדיפה על תפיסת רצף ?
    אין ספק שהתיאוריה החלקיקית נמצאת בסוף דרכה, ותיאוריה אחרת תחליף אותה.
    התיאוריה החדשה תהיה מדעית מדויקת, ותעסוק "בדברים כמותיים נמדדים"

  4. עוד כתבה מעניינת. תודה נועם, אתה עושה עבודה טובה.

    "עד מתי נתחלק"…
    שאלה שאלתית.

    אני מוכן להתערב שיגלו שהאלקטרון מתחלק לעוד חלקיקים שבתורם מקיימים אינטרקציה עם פוטון ברבדים אנרגטיים גבוהים ביותר.
    רמות אנרגיה של חורים שחורים וכוכבי ניוטרינו שיוצרים אנומליה בפיזיקה המוכרת לנו, בגלל רמות אנרגיה גבוהות וקצרות מועד שיוצרות תופעות פיזיקליות יחודיות.

  5. זאת כרגע הכותרת של הכתבה הזאת:
    "עדות ראשונית להשערה שהאלקטרון אינו חלקיק יסודי"
    לא שמענו כבר בעבר משפט דומה לכותרת של הכתבה הזאת?
    הנה המשפט הדומה:
    "היוונים הקדמונים שיערו שהאטום הוא חלקיק יסודי
    (ולכן זה השם שלו, כלומר לא ניתן לחלוקה) אבל חוקרים
    גילו שהאטום ניתן לחלוקה"
    אני משער שפשוט אין לזה סוף. כל חלקיק ניתן לחלוקה עד אינסוף,
    אפילו אלקטרון וגם אם המסה של החלקיק היא אפסית.
    פשוט נגלה עוד ועוד ככל שנעמיק ונחקור והטכנולוגיה שלנו תשתפר.

    אלי איזק
    מורה פרטי לשפת c ועוד ברמה אקדמית
    https://eisaak123.wixsite.com/privatelessons

  6. התגלית הזאת מחזקת את ההשערה שלי שאנחנו חיים בעולם אינסופי.
    אינסוף ברמת המאקרו: כלומר היקום הוא אינסופי בגודלו ומכיל אינסוף עצמים (למשל אינסוף גלקסיות).
    אינסוף ברמת המיקרו: כלומר ככל שנצליח לחקור ברמת המיקרו דברים יותר ויותר קטנים, נמצא עוד ועוד דברים שקטנים מהם.

    אינסוף לתגליות, אינסוף למרחקים, אינסוף לזמן (קדימה ואחורה בזמן), ….

    מעניין גם לראות סימטריה בין המאקרו למיקרו. מבט על הגאלקסיות מזכיר לנו את
    האטום עם האלקטרונים שסובבים אותו. האם יש כאן אולי מעגל? אולי כאשר נעמיק
    מאוד בתוך המיקרו נצא אל המאקרו.

    גם במתמטיקה יש אינסוף מספרים טבעיים (ואינסוף מספרים אחרים).
    ויש במיקרו למשל צפיפות אינסופית של המספרים הממשיים (יש הוכחה שבין כל 2 מספרים ממשיים קיים מספר ממשי).

    מעניין שבכל זאת המוח שלנו נאבק בכל האינסוף הזה שהוא כל כך טבעי.

    אלי איזק
    מורה פרטי לתיכנות ולמדעי המחשב ברמה אקדמית
    https://eisaak123.wixsite.com/privatelessons

  7. למפפקים במושג הזמן הפסיבי כמבשר את הופעתה של פיזיקה חדשה, יש להוסיף זאת.
    זרם חשמלי הוא למעשה זרם של זמן פסיבי.
    שטף מגנטי הוא שטף של זמן פסיבי, בצורה גיאומטרית אחרת מצורה של זרם חשמל
    שטף מגנטי וזרם חשמלי הם שני פנים של זמן פסיבי.
    הזמן הפסיבי הוא נח מוחלט וקר מוחלט הממלא את המרחב האינסופי, וככזה הוא משמש כתווך עבור מה שמכונה גלים אלקטרו מגנטיים.
    גלים אלקרו מגנטיים , הם גלים של זמן פסיבי הנעים בתווך נח מוחלט של זמן פסיבי.

  8. כתבה יפה מאוד, מרתק שתדעו שאין צורך לתת קרדיטים לתמונות אשר לקחתם מויקיפדיה, זוהי כל מטרתו של האתר. שימושי חופשי במידע ובקבצים שם ללא כל הכרה בזכויות יוצרים או קרדיטים. כתבה מרתקת, יהיה מעניין לראות לאן זה יתפתח.

  9. חלקיק – היה ונשאר מלל חסר פשר
    האם מדובר בחלקיק של חומר ? אבל גם החומר הוא מלל חסר פשר
    כל התיאוריה החלקיקית עומדת על צירופי אותיות חסרי מובן פיזיקלי כמותי.
    החומר אינו מושג פיזיקלי כמותי, ומד חומר לא קיים במציאות.
    מד אורך יש, מד זמן יש, מד אנרגיה יש , אבל מד חומר לא קיים
    מושג פיזיקלי חייב להיות כמותי ונמדד עם מכשיר מדידה, והחומר אינו מושג פיזיקלי כמותי.
    חייבת להיות תיאוריה פיזיקלית חדשה, שתענה על השאלה….מהו חלקיק ?
    התיאוריה העצברית מסוגלת לענות על השאלה…מהו חלקיק ?
    מכיוון ש
    שני המושגים היסודיים בתיאוריה הניוטונית הם כוח וחומר
    שני המושגים היסודיים בתיאוריה האיינשטיינית הם אנרגיה וחומר
    ואילו שני המושגים היסודיים בתיאוריה העצברית הן אנרגיה וזמן פסיבי.

    חלקיק בתיאוריה העצברית, הוא כמות דחוסה של זמן פסיבי, והחומר הוא בגדר של צורה פיזיקלית, הנוצרת מצירוף כמויות של זמן פסיבי ואנרגיה.
    זמן פסיבי הוא מושג כמותי, ולכן זה מושג פיזיקלי ממש כמו האנרגיה והזמן.
    המושג הפיזיקלי החדש …זמן פסיבי… מבשר את הופעתה של פיזיקה חדשה ומפתיעה.
    זמן פסיבי הוא נח מוחלט וקר מוחלט – הוא ממלא את המרחב האינסופי. ואינו מפריע לתנועת הכוכבים.
    זמן פסיבי הוא התווך שבו נע האור במהירת C לכל הכיוונים.
    זמן פסיבי הוא הזמן האמיתי הקיים ממש במציאות הפיזיקלית, ואילו הזמן האקטיבי המוכר לכולנו, קיים רק בתודעת האדם.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן