~ * Κρίση ταυτότητας παθαίνουν τα ηλεκτρόνια * ~

 

Τα ηλεκτρόνια, ένα από τα στοιχειώδη και θεμελιώδη σωματίδια του σύμπαντος, παθαίνουν «κρίση ταυτότητας», καθώς, όπως ανακάλυψαν οι επιστήμονες, διαχωρίζονται και σε άλλα ημι-σωματίδια, μεταξύ των οποίων είναι τα ορμπιτόνια, τα οποία συμπεριφέρονται σαν ανεξάρτητα σωματίδια, αλλά δεν μπορούν να εγκαταλείψουν το υλικό στο οποίο δημιουργήθηκαν και να ανεξαρτητοποιηθούν πλήρως.

Οι φυσικοί είχαν ενδείξεις για την ύπαρξη των ορμπιτονίων, όμως η εμπειρική επιβεβαίωση που γίνεται τώρα για πρώτη φορά, αναμένεται να εμπλουτίσει σύντομα τα εγχειρίδια της σωματιδιακής Φυσικής διεθνώς. Τα ορμπιτόνια -που είχαν προβλεφθεί θεωρητικά πριν από μία δεκαετία- μεταφέρουν την ενέργεια της τροχιάς ενός ηλεκτρονίου γύρω από ένα πυρήνα ατόμου (τροχιακή στροφορμή). Κάθε ορμπιτόνιο συμπεριφέρεται σαν ηλεκτρόνιο, όμως δεν έχει τις άλλες δύο βασικές ιδιότητες του τελευταίου, την ιδιοστροφορμή ή ιδιοπεριστροφή (spin) και το ηλεκτρικό φορτίο.

Μέχρι πρόσφατα οι επιστήμονες πίστευαν ότι ένα ηλεκτρόνιο έχει δεδομένες ιδιότητες που τις διατηρεί όλες, καθώς κινείται. Όμως η ανακάλυψη δείχνει ότι τελικά είναι δυνατό οι βασικές ιδιότητες ενός ηλεκτρονίου, όπως η ιδιοστροφορμή και η ενέργεια της τροχιάς, να διαχωρίζονται μεταξύ τους και να αποκτούν ημι-αυτόνομη υπόσταση με τη μορφή επιμέρους σωματιδίων όπως το ορμπιτόνιο (orbiton). Είναι το τρίτο τέτοιου είδους ημι-σωματίδιο που ανακαλύπτεται και το οποίο ενσωματώνει κάποια επιμέρους ιδιότητα του ηλεκτρονίου (είχε προηγηθεί η ανακάλυψη άλλων δύο, του «holon» και του «spinon").

Η διεθνής ομάδα των ερευνητών, με επικεφαλής τον Θόρστεν Σμιτ, που παρουσίασαν τη σχετική μελέτη στο περιοδικό «Nature», σύμφωνα με το BBC, χρησιμοποίησαν τις εγκαταστάσεις Swiss Light Source (SLS) του ελβετικού Ινστιτούτου Πολ Σέρερ για να στείλουν μεγάλης έντασης ακτίνες-Χ πάνω σε μία ένωση στροντίου και οξειδίου του χαλκού, παγιδεύοντας στη συνέχεια με ισχυρούς ανιχνευτές το φως που εκπέμφθηκε ξανά από το υλικό. Η ανάλυση των μετατροπών των ακτίνων-Χ αποκάλυψε την παράξενη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων και τη δημιουργία των ορμπιτονίων, καθώς ένα μέρος από την ενέργεια των ακτίνων-Χ ωθούσε ένα ηλεκτρόνιο σε διαφορετική τροχιά, μεγαλύτερης ενέργειας και ταχύτητας, γύρω από ένα πυρήνα.

Τελικά, όπως παρατήρησαν οι επιστήμονες, το ηλεκτρόνιο διαχωριζόταν σε δύο νέα σωματίδια, το «spinon» (που μεταφέρει την ιδιότητα του «σπιν», δηλαδή της ιδιοστροφορμής, μία κβαντική ιδιότητα που σχετίζεται με τον μαγνητισμό) και το «orbiton» (που μεταφέρει την ιδιότητας της τροχιακής στροφορμής). Για πρώτη φορά οι επιστήμονες επιβεβαίωσαν ότι όντως αυτές οι δύο βασικές ιδιότητες του ηλεκτρονίου μπορούν να διαχωριστούν και να αποκτήσουν ξεχωριστή σωματιδιακή υπόσταση (το τρίτο ημι-σωματίδιο, το «holon», μεταφέρει την άλλη βασική ιδιότητα του ηλεκτρονίου, το ηλεκτρικό φορτίο του).

Αυτά τα τρία ημι-σωματίδια του ίδιου ηλεκτρονίου μπορούν να κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες και προς διαφορετικές κατευθύνσεις μέσα στο υλικό. Αυτό οφείλεται στο ότι το ηλεκτρόνιο συμπεριφέρεται σαν κύμα, όταν περιορίζεται μέσα σε ένα υλικό και, έτσι είναι δυνατό να διαχωριστεί σε επιμέρους κύματα (ημι-σωματίδια) που μεταφέρουν ξεχωριστά τις βασικές ιδιότητές του.

Το 1996 για πρώτη φορά οι επιστήμονες είχαν διαχωρίσει ένα ηλεκτρόνιο σε ένα «spinon» και ένα «holon» και μόλις τώρα πέτυχαν να διασπάσουν ένα ηλεκτρόνιο σε «orbiton» και «spinon». Το επόμενο και τελικό βήμα θα είναι ο διαχωρισμός ενός ηλεκτρονίου ταυτόχρονα και στα τρία «συστατικά» του (holon, spinon, orbiton), κάτι που ως τώρα δεν έχει καταστεί εφικτό.

Από πρακτικής απόψεως η ανακάλυψη του ορμπιτονίου αναμένεται να ρίξει περισσότερο φως στο φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας υψηλών θερμοκρασιών, καθώς και να βοηθήσει στην κατασκευή κβαντικών υπολογιστών.

Link: Για την πρωτότυπη επιστημονική εργασία (με συνδρομή) στη διεύθυνση:

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature10974.html

kathimerini.gr με πληροφορίες από ΑΜΕΠ