Чтобы представить себе «устройство» микромира, необходимо с высокой точностью знать многие его характеристики. Например, очень важно точно знать, чему равен заряд электрона.
Электрон — это атом электричества, заряды всех других частиц могут быть в целое число раз больше его. До сих пор не нашли частиц с дробным электрическим зарядом: предполагалось, что такой дробный заряд должен быть у кварков, но пока их не обнаружили ни в космических лучах, ни в лунном грунте, ни с помощью ускорителей.
Во всех превращениях элементарных частиц остается справедливым закон сохранения заряда. До сих пор не наблюдались процессы, в которых нарушался бы этот закон. Так, например, распад электрона на другие частицы был бы возможен только при нарушении закона сохранения заряда. Оценив время жизни электрона, можно оценить, с какой вероятностью нарушился бы этот закон.
Оценка была получена в шестидесятых годах. Если бы электрон был нестабилен, то распад электрона, который в атоме занимал место где-нибудь в близкой к ядру электронной оболочке, сделал бы это место свободным, и на него сразу же перескочил бы электрон с более удаленной оболочки. Такой переход в тяжелых атомах соответствует излучению атомов гамма-кванта.
Ученые и попытались обнаружить подобное спонтанное излучение, спускаясь для этого в шахту на глубину 385 метров (чтобы не мешали космические лучи).
Эти эксперименты позволили утверждать, что электроны не распадаются, во всяком случае, время жизни электрона больше чем 2*1022 лет.
Время жизни протона больше 1028 лет. По современным данным, возраст Вселенной —109 лет.
Из закона сохранения заряда вытекает требование: заряд электрона должен быть точно равен заряду позитрона, а рождающийся при их аннигиляции гамма-квант должен быть нейтрален.
В настоящее время можно утверждать, что заряд гамма-кванта действительно равен нулю, во всяком случае, он заведомо в 1016 раз меньше, чем заряд электрона. А с какой точностью можно утверждать, что нейтрален нейтрон или атом?
На этот вопрос ответили эксперименты по отклонению пучка нейтронов (или атомов) в сильном электростатическом поле. Самые точные эксперименты показали, что если и существует заряд у нейтрона, то он заведомо в 2*1018 раз меньше, чем заряд электрона, а заряд нейтрального атома заведомо еще в тысячу раз меньше.
Таковы экспериментальные границы, определяющие нашу уверенность в том, что частицы нейтральны.