Figur 1 Från:Visualisering av elektronens kvantisering med en linjal
Forskare vid Göteborgs universitet har observerat absorptionen av en enskild elektron av en leviterad droppe med sådan förstoring att den är synlig med blotta ögat och till och med kan mätas med en normal millimeterskala linjal.
Materia i universum är sammansatt av elementarpartiklar som elektroner, protoner, och neutroner. De är överallt, men de är så små att de inte syns. Under förra seklet, fysiker har bevisat existensen av dessa partiklar genom olika experiment, men i de flesta fall observationen av partiklarna har varit indirekt.
Elektroner är en av dessa fundamentala partiklar. 1909, Robert Millikan bevisade att elektronens laddning är kvantiserad. Med andra ord, det finns ett minimum, odelbart avgiftsbelopp. Genom att låta hundratals laddade droppar falla in i ett elektriskt fält och sedan utföra en statistisk analys av deras rörelse, han visade att elektronens laddning är kvantiserad.
Ett experiment med en enda svävad droppe
"Nu, vi har skapat en modern version av detta klassiska experiment genom att sväva en enda droppe i luften med en laser, " säger Javier Marmolejo, Ph.D. vid institutionen för fysik vid Göteborgs universitet.
I detta experiment, kvantiseringen av den elektriska laddningen är direkt synlig för första gången utan avancerad utrustning eller en komplicerad statistisk analys.
"Vi fångade en droppe med hjälp av en laser inuti ett starkt elektriskt fält och lade till individuella elektroner genom att utsätta den för alfastrålning. Droppen utförde kvantiserade hopp varje gång den absorberade en eller några elektroner. Genom att förstora bilden av droppen med en enda lins , vi kunde se effekten av en enstaka elektronabsorption och mäta hoppen med en linjal. Den ljusa fläcken rörde sig ungefär en millimeter för varje absorberad elektron."
Droppen hade en diameter på 29 mikrometer, vilket ungefär motsvarar tjockleken på ett människohår. Trots detta, den innehåller cirka 3,7 x 10 15 negativt laddade elektroner.
"Prestation är otrolig när man betänker att effekten av att lägga till en enda elektron till en droppe som redan har 3, 700, 000, 000, 000, 000 är synligt med blotta ögat."
Nu när det är möjligt att se effekten av en enda elektron, en ny möjlighet dyker upp att bättre kommunicera vetenskap om elementarpartiklar till allmänheten, kommenterar forskarna.
