Вдалося побачити процес фракціонування електрона

До останнього часу вчені вважали, що електрон як елементарна частинка, не може бути розділений на менші частинки. Однак, в деяких матеріалах при певних умовах виникає явище так званого фракціонування електрона, коли електрон розколюється на менші частини, кожна з яких переносить частину електричного заряду цілого електрона. І хоча у цього явища фракціонування є кілька перспективних областей застосування, його природа не до кінця зрозуміла сучасній науці.

Група фізиків з Вищої нормальної школи (Ecole Normale Superieure), Париж, і Лабораторії фотоніки і нанотехнологій (Laboratory for and Photonics Nanostructures) в Маркуси, за допомогою установки, що використовується для вивчення фотонів світла, провела ряд експериментів по вивченню явища фракціонування електронів. Застосовані ними методи дозволили спостерігати за процесом фракціонування єдиного електрона, що відбуваються в пикосекундном масштабі часу.

«Ми опинилися в стані візуалізувати процес розколу хвильового пакету електрона на два окремих пакети, кожен з яких переносив половину електричного заряду оригінального електрона» – розповідає Гвендал Лют, провідний дослідник, – «Ми намагалися вивчити явища фракціонування електронів протягом вже п’яти минулих років, і ось тільки зараз нам вдалося зафіксувати цей процес з таким тимчасовим дозволом, яке дозволило його візуалізувати».

Технологія, яку використовували вчені, називається експериментом Хонга-У-Мандела (Hong-Ou-Mandel), який зазвичай використовується для виміру ступеня подібності фотонів. Але в даному випадку інтерферометр вимірював імпульси, викликані рухом електричного заряду електрона. Крім інтерферометра в цьому експерименті був використаний спеціалізований випромінювач одиничних електронів, розроблений французькими вченими крім маси інших наукових інструментів.

Дослідження руху єдиного електрона проводилися на зовнішньому одновимірному електричному провіднику інтерферометра. А коли електрон розділився на дві частини, вчені мали можливість спостерігати взаємодію між цими частинами по імпульсам від їх електричних зарядів.

Коли цілий електрон рухається по умовно одновимірного провіднику, кулонівські сили призводять до формування двох різнополярних областей порушення на різних сторонах провідника. Ці області, свого роду електрично заряджені квазічастинки, які переміщуються з різними швидкостями, що робить можливою їх роздільну реєстрацію. Крім цього, виникають при цьому кулонівські сили розривають електрон на дві частини, що несуть практично дорівнює електричний заряд.

Експериментальні дані показали, що

коли електрон розділяється на дві частини, то цей стан не може бути описане, як стан однієї цілої частки, а швидше, як групове стан, що складається з кількох областей станів збудження. Саме тому процес фракціонування руйнує оригінальний електрон, як частинку, перетворюючи її в декілька роздільних декогерентных, тобто мають різні фази, хвильових пакетів.

Слід зазначити, що розуміння природи явища фракціонування електронів поки ще має значення для вчених, які досліджують кордону фундаментальної фізики і намагаються вибратися за ці межі. Але в майбутньому, коли електроніка буде будуватися на одновимірних електричних провідниках, за якими курсуватимуть струми з окремих електронів, явище фракціонування, руйнує окремі електрони, треба буде придушувати будь-якими доступними способами. А придушувати якесь явище можна буде тільки за умови повного розуміння його природи, тому французькі вчені збираються продовжити свої експерименти за допомогою наявного у них інтерферометра Хонга-У-Мандела, який буде постійно вдосконалюватися.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *