Besitzen Elektronen ein permanentes Dipolmoment?

Mit Hilfe des Jülicher Supercomputers JUROPA haben Forscher eine spezielle Keramik entwickelt, die in der Lage sein könnte, eine für die Wissenschaft hochspannende Frage zu klären: Haben Elektronen ein permanentes Dipolmoment?

Nach bestehender Lehre sollten Elektronen eigentlich voll symmetrisch sein – einige Forscher nehmen jedoch an, sie könnten doch eine ganz schwache Asymmetrie besitzen und somit ein kleines permanentes, also nicht fluktuierendes Dipolmoment aufweisen. Solch eine Entdeckung einer vierten Elementareigenschaft (neben Masse, Ladung und Spin) würde die Elementarteilchenphysik erheblich umkrempeln, mit der gängigen Physik wäre das nicht zu erklären. Etwas fundamental Neues müsste dahinterstecken.

In der Astrophysik wäre die Entdeckung aber sehr willkommen, um die Frage zu lösen, warum das Universum überhaupt in der uns bekannten Form entstehen konnte. Denn nach gängiger Theorie hätte beim Urknall vor etwa 13,7 Milliarden Jahren genauso viel Materie wie Antimaterie entstehen müssen. Und da beide sich auslöschen, wäre nichts geblieben. Tatsächlich entstand aber offensichtlich mehr Materie als Antimaterie. Ein elektrisches Dipolmoment von Elektronen könnte das Ungleichgewicht erklären.

Doch noch ist es niemandem gelungen, das prophezeite winzige Dipolmoment nachzuweisen. Mit der vom Institut für Festkörperphysik am Forschungszentrum Jülich und sowie Wissenschaftlern der kalifornischen Universität Santa Barbara von JUROPA simulierten Keramiksubstanz aus Europium-Barium-Titanat kann man die Empfindlichkeit gegenüber bisherigen Messmethoden um etwa Faktor zehn steigern, vielleicht genug, um ein elektrisches Dipolmoment der Elektronen aufzuspüren.

Tschechische Teamkollegen aus Prag (Institut für Physik, Karls-Universität, Czech Geological Survey) haben die entworfene Keramik bereits synthetisiert und sind nun zusammen mit Forschern der Universität Yale dabei, mit einem extrem empfindlichen SQUID-Magnetometer die Magnetisierung des Keramikstücks in einem elektrischen Feld zu vermessen, um so auf kompliziertem, indirektem Weg den Nachweis des Dipolmomentes zu führen. Genaueres über das Keramikmaterial steht in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift nature materials. (as)