الکترون؛ ذره ای که شاید عمرش از خود جهان هم بیشتر باشد

عصرایران- با وجود آنکه الکترون بیش از یک قرن است شناخته شده، دانشمندان هنوز به طور کامل از سرنوشت نهایی آن مطمئن نیستند. آیا این ذره برای همیشه پایدار می ماند یا ممکن است پس از زمانی باورنکردنی واپاشی کند؟ پاسخ این پرسش می تواند درک ما از قوانین بنیادی طبیعت را دگرگون کند.

چرا دانشمندان به دنبال واپاشی الکترون هستند؟

در فیزیک ذرات، بسیاری از ذرات بنیادی ناپایدار هستند و پس از مدت کوتاهی به ذرات سبک تر تبدیل می شوند. برای نمونه، میون تنها حدود 2.2 میکروثانیه عمر می کند و سپس به ذرات دیگری واپاشی می شود.

اما الکترون داستان متفاوتی دارد. تاکنون در هیچ آزمایش معتبری نشانه ای از واپاشی آن مشاهده نشده است. همین موضوع باعث شده بسیاری از فیزیکدانان آن را یکی از پایدارترین ذرات شناخته شده بدانند.

با این حال، دانشمندان همچنان این احتمال را بررسی می کنند، زیرا مشاهده واپاشی الکترون می تواند نشان دهد برخی قوانین شناخته شده فیزیک، از جمله قانون بقای بار الکتریکی، در شرایط خاص استثناهایی دارند یا به بازنگری نیاز خواهند داشت.

آزمایشی در اعماق زمین

برای جستجوی چنین پدیده نادری، پژوهشگران از آشکارساز بسیار حساس Borexino در آزمایشگاه ملی گران ساسو ایتالیا استفاده کردند. این آزمایشگاه در اعماق یک رشته کوه ساخته شده تا سنگ های بالای آن، پرتوهای کیهانی را تا حد زیادی جذب کنند و محیطی آرام برای ثبت رویدادهای بسیار نادر فراهم شود.

اگر الکترون واپاشی کند، بر اساس برخی مدل های نظری ممکن است به یک نوترینو و یک فوتون تبدیل شود. فوتون تولید شده باید نوری بسیار ضعیف ایجاد کند که آشکارساز بتواند آن را ثبت کند.

پژوهشگران پس از بررسی دقیق داده ها، هیچ نشانه ای از چنین رویدادی پیدا نکردند.

طول عمر الکترون چقدر است؟

نبود هیچ نشانه ای از واپاشی به این معنا نیست که الکترون قطعا جاودانه است. دانشمندان از چنین نتیجه ای برای تعیین «حداقل طول عمر» استفاده می کنند.

بر اساس دقیق ترین اندازه گیری های انجام شده، اگر الکترون واقعا واپاشی کند، طول عمر آن باید دست کم حدود 10^31 سال باشد؛ عددی که تقریبا 5 کوینتیلیون برابر بیشتر از عمر کنونی جهان است.

برای مقایسه، سن جهان حدود 13.8 میلیارد سال برآورد می شود. بنابراین حتی اگر الکترون ناپایدار باشد، واپاشی آن آن قدر نادر است که تاکنون هیچ نمونه ای از آن مشاهده نشده است.

چرا الکترون این قدر پایدار است؟

یکی از دلایل اصلی، جایگاه ویژه الکترون در مدل استاندارد فیزیک ذرات است. الکترون سبک ترین ذره بنیادی دارای بار الکتریکی محسوب می شود. ذرات بنیادی سبک تر، مانند فوتون و نوترینو، فاقد بار الکتریکی هستند.

به همین دلیل، تبدیل الکترون به ذرات سبک تر بدون نقض قانون بقای بار الکتریکی بسیار دشوار است. این قانون یکی از بنیادی ترین قوانین شناخته شده طبیعت است و تمام آزمایش های انجام شده تاکنون آن را تایید کرده اند.

اگر روزی الکترون واپاشی کند چه اتفاقی می افتد؟

چنین کشفی یکی از بزرگ ترین رویدادهای تاریخ فیزیک خواهد بود. مشاهده واپاشی الکترون می تواند نشان دهد مدل استاندارد فیزیک کامل نیست و قوانین ناشناخته ای در طبیعت وجود دارند.

این کشف همچنین می تواند سرنخ هایی درباره نظریه های وحدت بزرگ، ساختار بنیادی ماده و حتی شرایط نخستین لحظات پس از مهبانگ در اختیار دانشمندان قرار دهد.

آیا تحقیقات جدیدتری انجام شده است؟

اگرچه از زمان انتشار نتایج آزمایش Borexino، پژوهش های دیگری نیز درباره واپاشی ذرات و آزمون قوانین بنیادی طبیعت انجام شده است، اما تاکنون هیچ آزمایشی نتوانسته شواهدی از واپاشی الکترون پیدا کند یا حداقل طول عمر برآورد شده برای آن را به طور چشمگیری بهبود دهد.

به همین دلیل، الکترون همچنان یکی از پایدارترین ذرات شناخته شده جهان به شمار می رود و فیزیکدانان همچنان در جستجوی کوچک ترین نشانه ای هستند که بتواند این تصویر را تغییر دهد.

در حال حاضر، علم الکترون را «فناناپذیر» نمی داند، زیرا برای اثبات چنین ادعایی به شواهد قطعی نیاز است. آنچه دانشمندان با اطمینان می گویند این است که اگر الکترون روزی از بین برود، عمر آن آن قدر طولانی خواهد بود که از مقیاس زمانی عمر جهان نیز میلیاردها میلیارد میلیارد برابر فراتر می رود.

توافق یک‌ساله وحید امیری با فولاد خوزستان پس از منتفی شدن بازگشت به پرسپولیس

بیشتر بخوانید:

کنترل حرکت الکترون‌های فوق سریع توسط دانشمندان

تماشاخانه

سورنا ؛ پهلوان نام‌دار سیستانی و قهرمان نبرد ایران و روم / مشهورترین فرمانده ایرانی و سرنوشت تلخی که داشت

۲۵ سال تلاش و عاشقی برای میراث فرهنگی ایران / این زن قلعه الموت را جهانی کرد

فیلم های دیگر