Electronii sunt absolut rotunzi, iar unii fizicieni sunt nemulțumiți de acest lucru.
Noul experiment a capturat cele mai detaliate imagini cu electroni până în prezent. Oamenii de știință au folosit lasere pentru a detecta dovezi ale particulelor din jurul particulelor. Prin iluminarea moleculelor, cercetătorii au putut înțelege modul în care particulele subatomice modifică distribuția încărcăturii unui electron.
Forma circulară simetrică a electronilor sugerează că particulele invizibile nu sunt suficient de mari pentru a schimba forma electronilor în formă ovală. Rezultatele studiului reafirmă o veche teorie fizică cunoscută sub numele de Model Standard, care descrie modul în care se comportă particulele și forțele din univers.
Și, în același timp, noua descoperire ar putea transforma mai multe teorii ale fizicii alternative care încearcă să găsească informații lipsă despre fenomene pe care Modelul Standard nu le poate explica.
Deoarece particulele subatomice nu pot fi observate direct, oamenii de știință află despre ele prin dovezi circumstanțiale. Observând ce se întâmplă într-un vid în jurul electronilor încărcați negativ, despre care se crede că sunt înconjurați de nori de particule încă invizibile, cercetătorii pot crea modele pentru comportamentul subatomilor.
Modelul standard descrie interacțiunile dintre toate blocurile de materie, precum și forțele care acționează asupra particulelor subatomice. Timp de zeci de ani, această teorie a prezis cu succes modul în care se va comporta materia.
Cu toate acestea, există mai multe puncte pe care modelul nu este în măsură să le explice. De exemplu, materia întunecată, o substanță misterioasă și invizibilă, capabilă de atracție gravitațională, dar care nu emite lumină. De asemenea, modelul nu explică gravitația, precum și alte forțe fundamentale care afectează materia.
Teoriile fizicii alternative oferă răspunsuri în cazul în care modelul standard eșuează. Modelul standard prezice că particulele care înconjoară un electron îi afectează forma, dar la o astfel de scară infinitesimală încât este aproape imposibil de detectat folosind tehnologia existentă.
Video promotional:
Dar alte teorii spun că există încă particule grele nedezvăluite. De exemplu, modelul standard supersimetric afirmă că fiecare particulă din modelul standard are un partener antimaterie. Aceste particule grele ipotetice pot deforma electronii în punctul în care cercetătorii pot vedea. Pentru a testa aceste predicții, noul experiment s-a uitat la electroni la o rezoluție de 10 ori mai mare decât o încercare anterioară din 2014.
Cercetătorii căutau un fenomen evaziv și neprobat numit momentul dipolului electric, în care forma sferică a unui electron pare să fie deformată - „strivită la un capăt și convexă la celălalt”, explică DeMille. Această formă ar trebui să fie o consecință a influenței particulelor grele asupra sarcinii electronilor.
Aceste particule ar fi „multe, multe ordine de magnitudine mai puternice” decât particulele prevăzute de modelul standard, deci ar fi „un mod convingător de a demonstra dacă ceva se întâmplă în afara explicațiilor modelului standard”, spune DeMille.
Pentru noul studiu, cercetătorii au utilizat fascicule de molecule de oxid de toriu la o rată de 1 milion per puls de 50 de ori pe secundă într-o cameră relativ mică din subsolul Universității Harvard. Oamenii de știință au tras laserele la molecule și au studiat modul în care lumina ar fi reflectată din ele; refracția în lumină ar indica un moment dipol electric.
Dar nu a existat nicio denaturare în lumina reflectată, iar acest rezultat aruncă îndoieli asupra teoriilor fizice care prezic particule grele care se învârt în jurul electronilor. Aceste particule pot exista, dar este probabil să difere de cele descrise în teoriile existente.
„Rezultatul nostru spune comunității științifice să regândească serios teoriile alternative”, spune DeMille.
În timp ce experimentul a evaluat comportamentul particulelor din jurul electronilor, a oferit și informații importante pentru căutarea materiei întunecate. La fel ca particulele subatomice, materia întunecată nu poate fi observată direct. Astrofizicienii știu însă că există, deoarece au observat influența sa gravitațională asupra stelelor, planetelor și luminii.
„La fel ca noi, astrofizicienii privesc acolo unde multe teorii au prezis un semnal”, spune DeMille. „Și în timp ce ei nu văd nimic și nu vedem nimic”
Atât materia întunecată cât și noile particule subatomice pe care Modelul Standard nu le-a prezis rămân a fi văzute în mod direct; totuși un corp în creștere de dovezi concludente sugerează că aceste fenomene există. Dar înainte ca oamenii de știință să le găsească, probabil că merită să renunțați la unele teorii vechi.
„Previziunile despre aspectul particulelor subatomice arată din ce în ce mai improvizabile”, spune DeMille.
