Μπορούν τα ηλεκτρόνια να χωριστούν σε μικρότερα τμήματα;

Από το American Institute of Physics (AIP) 7-Σεπτεμβρίου-2000

Χιλιάδες επί χιλιάδων πειράματα φυσικής έδειξαν ότι το ηλεκτρόνιο δεν είναι παρά ένα αδιαίρετο σωματίδιο. Παρόλα αυτά ο φυσικός Humphrey Maris στο Brown University και στην Ecole Normal Superieure προτείνει ότι ένας διαχωρισμός του ηλεκτρονίου σε δύο ή περισσότερα κομμάτια θα μπορούσε να εξηγήσει καλύτερα δεκάδες από αινιγματικά αποτελέσματα σε πειράματα που έγιναν με υγρό ήλιο.

electronΣ’ αυτά τα πειράματα που έγιναν κυρίως τις δεκαετίες του 60 και 70 αναδείχθηκε το εξής φαινόμενο: Όταν ριφθεί ένα ηλεκτρόνιο σε υγρό ήλιο σχηματίζεται γύρω του μια μικροσκοπική φυσαλίδα ( περίπου 40 Angstroms). Ρίχνοντας φως πάνω σε τέτοιες φυσαλίδες οι ερευνητές περίμεναν ότι το ηλεκτρόνιο θα διέφευγε έξω από το ήλιο. Όχι μόνο όμως δεν κατάφεραν να παρατηρήσουν τέτοια ελεύθερα ηλεκτρόνια αλλά παρατήρησαν το σχηματισμό φορτισμένων σωματιδίων που δεν μπόρεσαν ποτέ να ξεκαθαρίσουν την ταυτότητά τους.

Τώρα ο Maris προτείνει μια ριζοσπαστική εξήγηση: Το φως προκαλεί μια διάσπαση του ηλεκτρονίου σε δύο ή περισσότερα μέρη, τα οποία ονομάζει “ηλεκτρίνα”.
Η διάσπαση αυτή προκύπτει από την ιδιότητα της ύλης και του ηλεκτρονίου, να δρά όχι μόνο σαν ύλη αλλά και σαν κύμα. Το φως συγκεκριμμένα κάνει τη φυσαλίδα που περιβάλλει τα ηλεκτρόνια να κυμαίνεται σε μέγεθος. Στο τέλος, η φυσαλίδα διασπάται σε μικρότερα τμήματα που το καθένα φέρει μέρος του κύματος του ηλεκτρονίου.
Στο παρελθόν και σε άλλα πειράματα, είχε ανακοινωθεί η διάσπαση των κυμάτων του ηλεκτρονίου, τα οποία όμως εκ νέου ενώνονταν προς ένα πλήρη ηλεκτρόνιο. 
Στο πείραμα όμως του Maris η συμπεριφορά των κυμάτων του ηλεκτρονίου διαφέρει επειδή δεν ενώθηκαν πάλι. Παρέμειναν και ανιχνεύθηκαν σαν τμήματα του αρχικού ηλεκτρόνιου.

Φορτισμένα σωματίδια που φέρουν κλασματικό φορτίο έχουν παρατηρηθεί και στο παρελθόν αλλά πρόκειται για “ψευδοσωματίδια” που προκύπτουν από τη συλλογική δράση πολλών φορτισμένων σωματιδίων. Τέτοια ψευδοσωματίδια είναι πχ οι λεγόμενες “οπές” οι οποίες είναι συλλογικές διεγέρσεις των ηλεκτρονίων ενός κόκκου πυριτίου ως σύνολο. Το χαρακτηριστικό των ψευδοσωματιδίων είναι όμως πως δεν μπορούν να υπάρξουν έξω από το κρυσταλλικό πλέγμα μέσα στο οποίο δημιουργήθηκαν και κινούνται.

Ένα άλλο παράδειγμα συλλογικής συμπεριφοράς ηλεκτρονίων συναντάμε στο κβαντικό φαινόμενο Hall. Κατά το φαινόμενο αυτό σε συνθήκες χαμηλών θερμοκρασιών και ισχυρών μαγνητικών πεδίων, τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται στο όριο μεταξύ δύο ημιαγωγών συμπεριφέρονται ως ένα δισδιάστατο ηλεκτρονικό υγρό που έχει διακριτές ενεργειακές στάθμες και η ηλεκτρική αντίστασή του εμφανίζεται κβαντισμένη.
Μερικές από τις συλλογικές διεγέρσεις ενός τέτοιου πλήθους ηλεκτρονίων εμφανίζονται να έχουν ως φορτίο κλάσμα του στοιχειώδους ηλεκτρικού φορτίου.


Σε αντίθεση όμως με τέτοιου είδους ψευδοσωματίδια τα ηλεκτρίνα που προτείνει ο Maris δρούν ως πραγματικά σωματίδια και μπορούν να παρατηρηθούν ελεύθερα.
Ο διαχωρισμός του ηλεκτρονίου σε μέρη σύμφωνα με τον Maris εξηγείται με την κυματική συμπεριφορά των ηλεκτρονίων και όλης της ύλης.
Σύμφωνα με την άποψή του, το φως αναγκάζει τη φυσαλίδα να ταλαντώνεται ως προς το μέγεθός της. Βαθμιαία η ταλάντωση αυτή την αναγκάζει να διαχωριστεί σε πολλαπλές φυσαλίδες κάθε μια από τις οποίες φέρει τώρα ένα μέρος από το κύμα που αντιστοιχούσε στο αρχικό ηλεκτρόνιο.

Γιατί το φαινόμενο αυτό συμβαίνει στο υγρό ήλιο και όχι και σε άλλα συστήματα;
Ο Maris λέει ότι η πολύ χαμηλή θερμοκρασία του υγρού ηλίου κάνει τις φυσαλίδες να χωρίζονται καθαρά σε μέρη, αφού η υπέρρευστότητα τους ελαχιστοποιεί την απόσβεση των εξαναγκασμένων ταλαντώσεων που εκτελούν με την πρόσπτωση του φωτός.

Παρόλα αυτά άλλοι φυσικοί επιμένουν ότι πριν δεχτούμε τη θεωρία του Maris πρέπει προηγούμενα να αποκλείσουμε το γεγονός ότι τα απροσδιόριστα φορτισμένα σωματίδια που ανιχνεύουμε δεν είναι παρά κάποια ιόντα που σχηματίζονται.

Home