Elektroni su izrazito okrugli, a neki fizičari nisu zadovoljni zbog toga.
Novi eksperiment snimio je do danas najcrnjiviji prikaz elektrona, koristeći lasere za otkrivanje dokaza čestica koje okružuju čestice, izvijestili su istraživači u novoj studiji. Osvjetljavanjem molekula, znanstvenici su mogli protumačiti kako ostale subatomske čestice mijenjaju raspodjelu naboja elektrona.
Simetrična zaokruženost elektrona sugerirala je da nevidljive čestice nisu dovoljno velike da bi elektrone ugurale u udubljene duguljaste oblike ili ovale. Ova otkrića još jednom potvrđuju dugogodišnju teoriju fizike, poznatu kao Standardni model, koja opisuje kako se ponašaju čestice i sile u svemiru.
Istovremeno, ovo bi novo otkriće moglo poništiti nekoliko alternativnih teorija fizike koje pokušavaju popuniti praznine o pojavama koje Standardni model ne može objasniti. Ovo vraća neke vjerojatno vrlo nezadovoljne fizičare natrag u ploču za crtanje, rekao je suautor studije David DeMille, profesor sa Odjela za fiziku na Sveučilištu Yale u New Havenu, Connecticut.
"Sigurno nikoga neće usrećiti", izjavio je DeMille za Live Science.
Dobro provjerena teorija
Budući da se subatomske čestice još ne mogu izravno promatrati, znanstvenici o objektima uče posrednim dokazima. Promatrajući ono što se događa u vakuumu oko negativno nabijenih elektrona - za koje se misli da se zamaraju oblacima još uvijek nevidljivih čestica - istraživači mogu stvoriti modele ponašanja čestica, rekao je DeMille.
Standardni model opisuje većinu interakcija između svih građevnih blokova materije, kao i sile koje djeluju na te čestice. Desetljećima je ova teorija uspješno predviđala kako se materija ponaša.
Međutim, nekoliko je gadnih izuzetaka u objašnjenju uspjeha modela. Standardni model ne objašnjava tamnu tvar, tajanstvenu i nevidljivu tvar koja djeluje gravitaciono, ali ne emitira svjetlost. Ovaj model ne uključuje gravitaciju zajedno s drugim temeljnim silama koje utječu na materiju, prema Europskoj organizaciji za nuklearna istraživanja (CERN).
Alternativne teorije fizike nude odgovore u kojima je standardni model kratak. Standardni model predviđa da čestice koje okružuju elektrone utječu na oblik elektrona, ali u tako infinitezimalnim razmjerima da se postojećom tehnologijom gotovo i ne mogu prepoznati. Ali druge teorije nagovještavaju da postoje još uvijek neotkrivene teške čestice. Na primjer, supersimetrični standardni model smatra da svaka čestica u Standardnom modelu ima partnera za antimateriju. Te hipotetičke teške čestice deformirale bi elektrone do one mjere koju bi istraživači trebali moći promatrati, rekli su autori nove studije.
Osvjetljavanje elektrona
Da bi testirali ta predviđanja, novi su pokusi zavirili u elektrone razlučivosti 10 puta veće od prethodnih napora, završeni 2014. godine; oba su istraživanja provedena istraživačkim projektom Napredna hladno molekularna elektronska električna dipolna momenta pretraživanja (ACME).
Istraživači su tražili neuhvatljiv (i nedokazan) fenomen nazvan električni dipolni trenutak, u kojem se sferni oblik elektrona čini deformiranim - "udubljen na jednom kraju i izbočen na drugom", objasnio je DeMille - zbog teških čestica koje utječu na naboj elektrona.
Te čestice bile bi "mnogo, mnogo reda veće" od čestica predviđenih standardnim modelom, "tako da je vrlo jasan način da se utvrdi da li se nešto novo događa izvan Standardnog modela", rekao je DeMille.
Za novo istraživanje, istraživači ACME usmjerili su snop molekula hladnog torijevog oksida brzinom od milijun po pulsu, 50 puta u sekundi, u relativno malu komoru u podrumu na Sveučilištu Harvard. Znanstvenici su laserom zatrpali molekule i proučavali svjetlost koju odbijaju molekule; zavoji na svjetlu upućivali bi na električni dipolni trenutak.
Ali u reflektiranom svjetlu nije bilo uvijanja, a taj rezultat baca tamnu sjenu na teorije fizike koje su predviđale teške čestice oko elektrona, rekli su istraživači. Te čestice možda još uvijek postoje, ali bi se vrlo razlikovale od opisanih u postojećim teorijama, rekao je DeMille u izjavi.
"Naš rezultat govori znanstvenoj zajednici da moramo ozbiljno preispitati neke od alternativnih teorija", rekao je DeMille.
Tamna otkrića
Iako je ovaj eksperiment ocjenjivao ponašanje čestica oko elektrona, on također daje važne implikacije na potragu za tamnom materijom, rekao je DeMille. Poput subatomskih čestica, tamnu materiju nije moguće izravno promatrati. Ali astrofizičari znaju da je tamo, jer su primijetili njegov gravitacijski utjecaj na zvijezde, planete i svjetlost.
"Kao i mi, gledamo u srcu mjesta gdje mnoge teorije predviđaju - već duže vrijeme i iz vrlo dobrih razloga - signal bi se trebao pojaviti", rekao je DeMille. "Ipak, oni ništa ne vide, a mi ništa ne vidimo."
I tamna tvar i nove subatomske čestice koje standardni model nije predvidio tek se trebaju uočiti; Ipak, sve veći broj uvjerljivih dokaza upućuje na to da ti fenomeni postoje. No, prije nego što ih znanstvenici mogu pronaći, neke dugogodišnje ideje o tome kako izgledaju vjerojatno će trebati biti ukinute, dodao je DeMille.
"Očekivanja oko novih čestica sve više i više izgledaju kao da su pogriješili", rekao je.
Otkrića su objavljena na mreži danas (17. listopada) u časopisu Nature.
