„Tot ceea ce credem că este real este compus din lucruri care nu pot fi considerate ca fiind reale”.

Niels Bohr.

Electronii sunt obiecte cuantice. La fel ca toate celelalte obiecte cuantice, un electron este atât undă, cât şi particulă. Pentru a fi mai exacţi, un electron nu este nici undă şi nici particulă în sensul obişnuit. În schimb acesta este descris de o funcție de undă cuantificată care codifică distribuția de probabilitate a tuturor proprietăților măsurabile sau observabile ale acestuia.

Forma electronului

În conformitate cu Modelul Standard, atunci când un electron se comportă ca o particulă, acesta nu are nicio formă. În acest caz, fizicienii se referă la un electron ca la o „particulă punctiformă”, ceea ce înseamnă că acesta interacţionează ca şi cum s-ar afla într-un singur punct din spaţiu şi nu răspândit într-un volum tridimensional.

Electronul ca un punct în spațiuCând interacţionează ca o particulă, electronul reprezintă un singur punct din spaţiu și nu are formă. Credit: Christopher S. Baird.

Dacă ideea unei mase finite conţinută într-un volum infinit de mic vă pare ilogică, trebuie să ţineţi cont de faptul că electronul nu este literalmente o minge solidă. Acest lucru înseamnă că masa electronului nu este concentrată într-un volum infinit de mic. Atunci când electronul se comportă ca o particulă, el interacţionează ca şi cum ar fi localizat într-un singur punct. Din acest motiv se spune că electronul, ca particulă elementară, nu are o formă.

Particulele fundamentale, cum ar fi electronii, nu au o structură internă, nu sunt formate din particule mai mici şi din acest motiv toate particulele elementare sunt considerate punctiforme. De asemenea, nu toate obiectele cuantice sunt fundamentale, adică punctiforme.

În cazul în care electronul ar fi compus din alte particule, atunci acesta ar putea avea într-adevăr o formă atunci când interacţionează ca o particulă. Dar nu, electronul este o particulă punctiformă și în multe calcule poate fi considerat fără dimensiuni.

Atunci când electronul se comportă mai mult ca o undă, afirmăm că orbitalul acestuia poate avea tot felul de forme, atâta timp cât acestea sunt descrise de funcția de undă a electronului.

Electronul ca undăOrbitalul electronului din atomul de hidrogen poate avea diferite forme în funcţie de energia electronului, aşa cum se poate observa în imagine. Fiecare regiune de culoare albă corespunde unui maxim al funcţiei de undă a electronului. Sursă: Christopher S. Baird

Electronul are o masă incredibil de mică astfel încât acesta are un impuls mic în comparație cu cel al obiectelor macroscopice. Din acest motiv, lungimea de undă De Broglie asociată electronului poate fi suficient de mare încât natura ondulatorie a particulei să producă efecte observabile.

Pe baza celor de mai sus, se afirmă că electronul se poate comporta atât ca o undă, cât şi ca o particulă, acesta fiind un exemplu al dualităţii undă-particulă.

Şi atunci, care este forma electronului?

Recent, au fost date publicităţii rezultatele unui experiment denumit ACME (Advanced Cold Molecule Electron-EDM) ce reprezintă o colaborare între fizicienii de la Yale University şi de la Harvard University. Aceştia au efectuat o măsurătoare extrem de precisă a momentului electric dipolar al electronului, proprietate ce caracterizează „forma” electronului şi au constatat că electronul este sferic cu o precizie de 10^-29 cm!

Care este importanţă acestei descoperiri?

Forma electronului diferă în funcţie de teoria la care ne referim. Astfel, Modelul Standard prevede că electronul este perfect sferic şi că momentul electric dipolar al acestuia este zero. Pe de altă parte, modelele supersimetrice prezic că electronul ar trebui să fie ușor alungit, nu o sferă perfectă, astfel încât prin măsurarea momentului electric dipolar al electronului putem testa valabilitatea acestor teorii.

Teoriile supersimetrice presupun existenţa unei particule partener, cu o masă mai mare, pentru fiecare particulă din cadrul Modelului Standard. În acest fel, existenţa acestor particule ar fi confirmată prin efectul lor asupra momentului dipolar al electronului. Cu toate acestea, se pare că electronul nu are moment electric dipolar sau acesta este extrem de mic.

Experimentul ACME are o importanţă deosebită deoarece prin măsurătorile foarte precise ale unei proprietăţi fundamentale a electronului se testează validitatea unei teorii care încearcă să explice întregul Univers.