Keskustelu - Ennätystarkka mittaus elektronin muodosta karsii fysiikan teorioita | Tiede-lehti ja Tiede.fi | Tiede
klo 13:00 | 20.12.2013
Tutkijat etsivät kananmunamaista hiukkasta.Lue koko juttu
Maallikko40
klo 15:39 | 10.1.2014
"Teoria ei pysty selittämään", "täydentävät teoriat olettavat", "täydentävät teoriat ennustavat", tällaisia sanoja saa lukea liian usein tiedeuutisissa. Etenkin hiukkasfysiikassa tunnutaan rakennettavan höttöä hötön päälle (esim. virtuaalihiukkaset). Eikö todellakaan uskalleta ajatella että vallitsevat teoriat saattavat olla väärässä? Totuus on varmasti paljon yksinkertaisempi kuin nykyään ajatellaan. Mahtavaa olisi jos meiltä Suomesta löytyisi tutkijoita jotka uskaltaisivat haastaa vallitsevat teoriat, ja heitä siinä tuettaisiin.
klo 16:10 | 10.1.2014
Tuo koe on tehty juurikin siksi, että löydettäisiin virheitä teorioista ja samalla vihje siitä millainen teoria on astetta oikeampi ja kuvaa uuden ilmiön. Totuus on varmasti käsittämättömän paljon monimutkaisempi kuin vähäpätöinen maailmankaikekuden osarakenne, ihmisen aivot, voivat koskaan tajuta. Lakkaa hyvä mies kuvittelemasta itseäsi maailman navaksi, jota jopa luonnonlait nöyristelevät.
Maallikko40 kirjoitti:
"Teoria ei pysty selittämään", "täydentävät teoriat olettavat", "täydentävät teoriat ennustavat", tällaisia sanoja saa lukea liian usein tiedeuutisissa. Etenkin hiukkasfysiikassa tunnutaan rakennettavan höttöä hötön päälle (esim. virtuaalihiukkaset). Eikö todellakaan uskalleta ajatella että vallitsevat teoriat saattavat olla väärässä?
Hiukkasfysiikka on erittäin epäintuitiivinen tieteenala. Tästä syystä monia sen ilmiöitä pyritään kuvaamaan erliaisten vertausten kautta. Nämä vertaukset kuvaavat monesti samaa fysikaalista ilmiötä, mutta eri näkökulmasta. Esimerkiksi virtuaalihiukkaset eivät ole höttöä hötön päällä vaan niitä ei yksinkertaisesti ole olemassa. Virtuaalihiukkaset ovat matematiikan ja ihmisaivojen tuotos, joita tarvitaan esimerkiksi kuvattaessa hiukkasten muuttumista toisiksi käyttäen Feynmannin diagrammeja. Feynmannin diagrammeissa virtuaalihiukkaset kuvastavat välivaiheita alku- ja lopputilan välillä, mutta niitä ei oikeasti ole fysikaalisessa maailmassa olemassa.
Koko hiukkasfysiikka sana on jo itsessä hämäävä, koska oikeasi se mitä havainnoimme on pienen pieniä häiriöitä kvanttikentissä. Nämä häiriöt kvanttikentissä taas näyttävät välillä käyttäytyvän kuin hiukkaset ja välillä kuin aallot. Sen takia hiukkasfysiikkaa on joskus hyvin vaikea ymmärtää. Mitä esimerkiksi tarkoittaa elektronin pyöreys jos elektroni ei oikeasti ole pieni pallo vaan pieni vääristymä kvanttikentässä?
Luotio kirjoitti:
Mitä esimerkiksi tarkoittaa elektronin pyöreys jos elektroni ei oikeasti ole pieni pallo vaan pieni vääristymä kvanttikentässä?
Se tarkoitta sen häiriön muotoa. Häiriötä voidaan kuvata ajasta ja paikasta riippuvalla funktiolla, jonka paikkariippuvuus voi olla enemmän tai vähemmän pallosymmetrinen.
Tässä tapauksessa mitattu funktio oli elektronin sähkävaraus. Mielivaltainen sähkövarausjakauma voidaan muuttaa esimerkiksi palloharmonisten funktioden sarjaksi. Yksi niistä on täysin pallosymmetrinen, jossa funktion arvo ei riipu siitä missä suunnassa ollaan keskipisteestä katsoen. Muut funktiot ovat dipoleja tai vielä monimutkaisempia, joiden arvo riippuu myös siitä missä suunnassa ollaan johonkin vertailusuuntaan nähden. Tuossa mittauksessa ei havaittu noita suuntariippuvia osia.
"Acmen mittausten tarkkuudesta kertoo se, että jos pallo olisi maapallon kokoinen, laite havaitsisi hiuksen kymmenestuhannesosan vahvuisen kerroksen, joka olisi siirretty navalta toiselle."
Voihan veljet, tuollaisen mittarin tarvitsisin! Sen nyt vielä uskoisi, jos yhden hiuksen siirtäisi navalta toiselle, mutta että 1/10000 hiuksesta...
Ai mutta sehän onkin koko kerros, varmaan kymmeniätuhansia neliökilometreja pinta-alaltaan, lähelle päiväntasaajaa ulottuva.
Voi ei, minua on taas huijattu. Tuommoisen tarkkuuden taitaa saada koululainen viivottimellaan mittaillessa... ;)
Äh, tuli virhe pinta-alaan, sehän on peräti puolet maapallon pinta-alasta, joka on 510 000 000 km^2.
Kyllä nuo navat ovat kummallisia. Hiuksenpaksuuden osa siellä ja kaikkea. Joskus ällistytti, että jos elektronin varauksia siirtäisi pohjoisnavelle vain yhden Coulombin verran, ja plus-varauksia saman verran etelänavalle, ne vetäisivät toisiaan niin suurella voimalla, ettei mönkijöillä eikä laumalla poroja saisi niitä pysymään paikoillaan.
Isona lähden katsomaan navoilla olevaa maapallon akselia ja sen laakerointia. Laakerirasvaa mukaan reppun.
Voisin samalla tarkastaa maapallon litteyden viivottimella, jos on vielä hius mukana päässä vertailukohteeksi.
Oletko nyt ihan varma keskivertokoululaisen maanmittaustaidoista? Ettei vaan olisi pikkaisen hikarin puoleinen kaveri, joka mittaa viivoittimella maapallon globaalin topografian nanometrien tarkkuudella.
Huomautuksesi on tietysti paikallaan. Oikeastaan petyin vain ihmeenomaisiin omiin odotuksiini verrattuna: hius pohjoisnavalla pystytään mittaamaan maapalloon verrattuna.
Ei, vaan massamöykky joka on puolet maapallon pinnasta paksuudeltaan 0. 1 mm / 10000, mikä on tarkistamatta laskien noin kuutio, jonka sivu on vähän päälle sata metriä.
Google mapsillähän jo sellainen kuutio pohjoisnavalta tulee näkyviin ilman hihkumisia ihmeenomaisista tarkkuuksista (minä siis hihkuin...).
On se tarkkaa, mutta ei mahdottoman tarkkaa. Enkä varmaan pysty kotona keittiöpöydällä tuon mainitun hikarikoululaisen kanssa yhtä hyvään tarkkuuteen, vaikka olisi hyväkin viivotin. Joku lasersäteiden interferenssiin pohjautuva tarvitsisi olla. Joko ne jakavat kouluissa laskukoneitten kera semmoisia lapsosille, Espoossa?
Joku (Tm) voisi laskea, monenko merkitsevän numeron tarkkuutta ko. mittaus vastaa.
Kuvittelemani kuutio pohjoisnavalle -vertaus lähti oikeastaan siitä, kun viime viikkoina olen ihmetellyt satelliittien GPS-mittausten tarkkuutta kokeellisesti ja teoreettisesti. On ällistyttänyt se, kun tiettävästi voidaan mittailla paikkaa 2-3 cm tarkkuudella, jos on toinen tiedossa oleva referenssipaikka ja samat satelliitit näkyvissä. Semmoiseen mittaukseen verrattuna 100 m kanttiinsa massamöykky pohjoisnavalla tai Jyväskylässä on helppo nakki.
Jos taas ajatellaan sitä kuinka ensin partahöylällä keräillään se hiusta ohuempi massakerros ensin pohjoisnavalle, niin eihän sitä tarvitse tehdä. Mittauksia vain toistetaan monta kertaa ja sitten otetaan keskiarvoa. Vähempi vaivaa semmoisessa kuin partahöyläämisessa esim. vaikeassa kivikossa jossain Kainuun korvessa puhumattakaan, jos järvien liejuisista pohjista pitäisi höyläillä. Keskiarvoa laskemalla vaikka 1000 miljardista mittauksesta putoaa virhe jo miljoonasosaan yhden mittauksen virheestä.
Sotket nyt eri asioita. Se on harvinaisen itsestäänselvä asia, että planeetan topografiaa mitatessa se 100 m kanttiinsa oleva kuutio on järjettömän paljon helpompi mitata kuin mikrometrin ainekerros, joka peittää puoli planeettaa. Jälkimmäinen on monta kertaluokkaa nykyisen mittausteknologian tavoittamattomissa, kun taas 100 m:n kuution näkee apinakin, jos kävelee viereen. Matemaattisesti ajatellen tarkkuus kulman mittamisessa on hyvä mutta korkeuden mittaamisessa pieni.
Sähkökentän mittaamisessa tilanne on erilainen. Kyse on erittäin pienistä asioista. Dipolitermi (eli se koko planeetan puoliskolle levittynyt ohut kerros) on helpommin mitattavissa. Pieni, vaikkakin selvä, hyvin pieneen avaruuskulmaan levittyvä poikkeama on vaikeampi mitata. Kulmatarkkuus on huono, mutta korkeuden tarkkuus hyvä.
Sähkömageneettisia ilmiöitä voidaan usein mitata spektroskooppisesti. Spektroskooppiset menetelmät mahdollistavat joskus noita käsittämättömiä tarkkuuksia. Millään muulla mittaustekniikan alalla ei päästä lähellekään. Ero voi olla kymmenen kertaluokkaa (eli 10 miljardikertainen) (esim. gravitaatiovakio vs. kvanttielektrodynamiikan kytkentäparametrit).
En ymmärrä mitä OPTIMISTX yrittää sanoa. Eikös tuossa jutussa tarkoitettu että jos maapallon kokoisessa täydellisessä pallossa olisi sen hiuksen kymmenestuhannesosan ero täydellisyydestä niin se havaittaisiin? Mistä tuo satametrinen kuutio tuli?
Sen kuution tilavuus on sama kuin sen kerroksen tilavuus, jonka siirrosta artikkelissa puhuttiin näin:
""Acmen mittausten tarkkuudesta kertoo se, että jos pallo olisi maapallon kokoinen, laite havaitsisi hiuksen kymmenestuhannesosan vahvuisen kerroksen, joka olisi siirretty navalta toiselle."
Tulkitsen "navan" tässä tarkoittavan pallonpuoliskoa, koska sitä ei ole rajattu artikkelissa pienemmäksi.
Maapallon likimääräinen tilavuus kuutiometreinä on (4/3) *pi * 6 378 000^3
Hiuksen paksuus on noin 0.1 mm, ja kerrospaksuus 1/10000 siitä. Pinta-ala = pohjoisen pallonpuoliskon pinta-ala 510 100 000 km^2, joten kerroksen tilavuus = 2.55*e9 kuutiometriä.
Mittaustarkkuudesta antaa käsityksen maapallon tilavuuden ja ko. kerroksen tilavuuksien suhde, mikä ko. luvuista (tarkistamatta) on noin 426 biljoona eli 426*e12. Numeroita ko. luvussa on noin 15 kpl, mikä olisi "merkitsevien" numeroiden määrä (426,188,742,352,941 laskettuna instacalc.com:in mainiolla ohjelmalla).
klo 11:05 | 11.10.2015
Sotket nyt eri asioita. ...
Mahdollisesti sotken. Puutun vain vertauksessa mainittuun maapallomittaukseen, en elektronin kenttiin.
Vertauksessa mielestäni olennaisia ovat maapallon tilavuus ja ohuen kerroksen kokonaistilavuus. Näiden suhde antaa ymmärtääkseni käsityksen mittauksen tarkkuudesta.
”The Standard Model of particle physics is known to be incomplete. Extensions to the Standard Model, such as weak-scale supersymmetry, posit the existence of new particles and interactions that are asymmetric under time reversal (T) and nearly always predict a small yet potentially measurable electron electric dipole moment (EDM), , in the range of 10−27 to 10−30 e·cm. The EDM is an asymmetric charge distribution along the electron spin () that is also asymmetric under T. Using the polar molecule thorium monoxide, we measured = (–2.1 ± 3.7stat ± 2.5syst) × 10−29 e·cm. This corresponds to an upper limit of < 8.7 × 10−29 e·cm with 90% confidence, an order of magnitude improvement in sensitivity relative to the previous best limit. Our result constrains T-violating physics at the TeV energy scale.”
Kuten Neutroni kirjoitti on kysymys häiriön mitattavasta muodosta. Tässähän esitettiin, että eräät Standarditeorian laajennukset sisältävät ehdotuksia uusista partikkeleista ja vuorovaikutuksista, jotka ovat asymmetrisiä ajan suhteen (CPT-symmetria). Nämä asymmetriat olisivat potentiaalisesti mitattavia.
Tämä tutkimuksen tulokset nimenomaan kieltävät T-symmetrian rikkoutumisen fysiikan TeV energiaskaalassa. Allegoriat, ja kuinka niitä esitetään, ovat sitten toinen asia.
Yritin epätoivoissani viimein jopa katsoa alkuperäistä tutkimusta. Työryhmän kansantajuinen kuvaus:
http://laserstorm.harvard.edu/edm/
Masentavaa. En tajunnut hölkkäsen pöläystä. Jotain thoriumin häkää päästettiin suuttimesta magneetti- ja sähkökenttiin ja vimmattuja kenttien kääntöjä sinne tänne.
Palstan vakituiset inttäjät voisivat ottaa käsittelyyn selostuksetn: Hei hitausvoimia ehkä siellä, ja valon nopeuksia!