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Obergrenze für Dipolmoment von Elektronen neu bestimmt

Astronomie|Physik Technik|Digitales

Obergrenze für Dipolmoment von Elektronen neu bestimmt
Wissenschaftler der Universität von Sussex suchen in einem Experiment nach Hinweisen auf eine ungleichförmige Ladungsverteilung von Elektronen ? das sogenannte elektrische Dipolmoment. Dazu setzen sie Elektronen den starken magnetischen Feldern eines polarisierten Moleküls aus. In einer in den elektronischen Archiven des Los Alamos Labors veröffentlichten Arbeit geben sie eine aus ihren Experimenten ermittelte Obergrenze für dieses von dem Standardmodell der Elementarteilchenphysik verbotene Dipolmoment an.

In ihrem Experiment setzten die Forscher um Ed Hinds ein Molekül der chemischen Verbindung Ytterbiumfluorid einem elektrischen Feld aus. Da dieses Molekül starke ionische Bindungen aufweist, wird es durch ein äußeres elektrisches Feld polarisiert, so dass die Elektronen des Yttriumions ein extrem starkes, lokales elektrisches Feld spüren.

Die Physiker untersuchten nun die Ladungsverteilung der Elektronen eines Strahls derartig präparierter Moleküle. Dazu teilten sie die Wellenfunktionen der Moleküle mit Hilfe eines Lasers in zwei Zustände mit unterschiedlichem Spin auf. Sollten Elektronen in der Tat ein elektrisches Dipolmoment aufweisen, so würden die zwei getrennten Zustände unterschiedliche Energien aufweisen. Dies wiederum sollte die Phasen der jeweiligen Wellenfunktionen verändern, so dass deren anschließende Überlagerung eine Verringerung der Wellenamplitude durch Auslöschung zeigen sollte.

Mittels diesem einem Laser-Interferometer ähnelnden Aufbau gelang es den Forschern, eine Obergrenze für das elektrische Dipolmoment des Elektrons anzugeben. Diese Obergrenze ist eine Zahl mit 25 Nullen nach dem Komma (in Einheiten von Elementarladung ? Zentimeter) und damit extrem klein. Das Elektron ist für die meisten Experimente in der Tat als Punktladung anzusehen. Die Forscher hoffen, mittels einer Verfeinerung ihres Experimentes diese Obergrenze noch weiter zu verkleinern.

Dem Standardmodell der Elementarteilchenphysik zu Folge sollte ein Elektron kein elektrisches Dipolmoment aufweisen ? anderenfalls würde es gegen die von diesem Modell postulierte Zeit-Umkehrungs-Symmetrie verstoßen. Daher ist die Suche nach Hinweisen auf dieses Dipolmoment von großem Interesse für die Elementarteilchenphysik. Derartige Experimente werden allerdings durch den Umstand erschwert, dass Elektronen ein magnetisches Moment aufweisen, welches die Effekte eines etwaigen elektrischen Dipolmoments überschatten würde. Das Experiment mit dem Molekül Yttriumfluorid umgeht diese Schwierigkeit, da sowohl dessen Symmetrie als auch die hohen internen elektrischen Felder die magnetischen Effekte verringern.

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