Electronii sunt extrem de rotunzi, iar unii fizicieni nu sunt mulțumiți de asta.
Un nou experiment a surprins cea mai detaliată vedere a electronilor până în prezent, folosind lasere pentru a dezvălui dovezi ale particulelor din jurul particulelor, au raportat cercetătorii într-un nou studiu. Prin aprinderea moleculelor, oamenii de știință au putut să interpreteze modul în care alte particule subatomice modifică distribuția încărcăturii unui electron.
Rotunjimea simetrică a electronilor a sugerat că particulele nevăzute nu sunt suficient de mari pentru a îneca electronii în forme alungite, sau ovale. Aceste descoperiri confirmă încă o dată o teorie a fizicii de lungă durată, cunoscută sub numele de Model Standard, care descrie modul în care se comportă particulele și forțele din univers.
În același timp, această nouă descoperire ar putea răsturna mai multe teorii alternative ale fizicii care încearcă să completeze semnalele despre fenomenele pe care Modelul Standard nu le poate explica. Acest lucru trimite unii fizicieni probabil foarte nemulțumiți înapoi la tabloul de desen, a declarat co-autorul studiului David DeMille, profesor cu Departamentul de Fizică la Universitatea Yale din New Haven, Connecticut.
"Cu siguranță nu va face pe nimeni foarte fericit", a spus DeMille pentru Live Science.
O teorie bine testată
Deoarece particulele subatomice nu pot fi încă observate direct, oamenii de știință învață despre obiecte prin dovezi indirecte. Prin observarea a ceea ce se întâmplă în vid în jurul electronilor încărcați negativ - gândiți a fi plini de nori de particule încă nevăzute - cercetătorii pot crea modele de comportare a particulelor, a spus DeMille.
Modelul standard descrie majoritatea interacțiunilor dintre toate blocurile de construcție ale materiei, precum și forțele care acționează asupra acestor particule. Timp de zeci de ani, această teorie a prezis cu succes modul în care se comportă materia.
Cu toate acestea, există câteva excepții neplăcute de la succesul explicativ al modelului. Modelul standard nu explică materia întunecată, o substanță misterioasă și invizibilă care exercită o atracție gravitațională, dar nu emite lumină. Și modelul nu ține cont de gravitate alături de celelalte forțe fundamentale care influențează materia, potrivit Organizației Europene pentru Cercetări Nucleare (CERN).
Teoriile alternative ale fizicii oferă răspunsuri în cazul în care modelul standard se încadrează. Modelul standard prezice că particulele înconjurătoare de electroni afectează forma unui electron, dar la o asemenea scară infinitesimală încât să fie aproape nedetectabile folosind tehnologia existentă. Însă alte teorii sugerează faptul că există particule grele încă nedescoperite. De exemplu, modelul Supersimetric Standard presupune că fiecare particulă din modelul standard are un partener antimaterie. Aceste particule ipotetice de greutate grea ar deforma electronii într-o măsură pe care cercetătorii ar trebui să poată observa, au spus autorii noului studiu.
Iluminarea electronilor
Pentru a testa aceste predicții, noile experimente au analizat electroni la o rezoluție de 10 ori mai mare decât eforturile anterioare, finalizate în 2014; ambele investigații au fost realizate de proiectul de cercetare Advanced Molecule Electron Electrol Dipole Moment Search (ACME).
Cercetătorii au căutat un fenomen evaziv (și neprobat) numit moment dipol electric, în care forma sferică a unui electron apare deformată - „prinsă pe un capăt și bombată pe celălalt”, a explicat DeMille - din cauza particulelor grele care influențează încărcarea electronului.
Aceste particule ar fi „multe, multe ordine de mărime mai mari” decât particulele prevăzute de modelul standard, „așa că este un mod foarte clar de a spune dacă se întâmplă ceva nou dincolo de modelul standard”, a spus DeMille.
Pentru noul studiu, cercetătorii ACME au direcționat un fascicul de molecule de oxiu de toriu rece la o rată de 1 milion pe puls, de 50 de ori pe secundă, într-o cameră relativ mică într-un subsol de la Universitatea Harvard. Oamenii de știință au lovit moleculele cu lasere și au studiat lumina reflectată înapoi de molecule; curbele în lumină ar indica un moment dipol electric.
Dar nu au existat răsuciri în lumina reflectată, iar acest rezultat aruncă o umbră întunecată asupra teoriilor fizicii care au prezis particule grele în jurul electronilor, au spus cercetătorii. Aceste particule ar putea exista încă, dar ar fi foarte diferite de modul în care au fost descrise în teoriile existente, a spus DeMille într-un comunicat.
"Rezultatul nostru spune comunității științifice că trebuie să regândim serios unele dintre teoriile alternative", a spus DeMille.
Descoperiri întunecate
În timp ce acest experiment a evaluat comportamentul particulelor în jurul electronilor, oferă și implicații importante pentru căutarea materiei întunecate, a spus DeMille. La fel ca particulele subatomice, materia întunecată nu poate fi observată direct. Astrofizicienii știu însă că este acolo, pentru că au observat impactul său gravitațional asupra stelelor, planetelor și luminii.
"La fel ca noi, căutăm în inima locurilor unde au fost prezise multe teorii - de multă vreme și din motive foarte bune - ar trebui să apară un semnal", a spus DeMille. „Și totuși, ei nu văd nimic și nu vedem nimic”.
Atât materia întunecată, cât și noile particule subatomice care nu au fost prezise de modelul standard sunt încă identificate direct; totuși, un corp tot mai mare de dovezi convingătoare sugerează că aceste fenomene există. Dar înainte ca oamenii de știință să le poată găsi, unele idei de lungă durată despre cum arată ar trebui probabil să fie desprinse, a adăugat DeMille.
„Așteptările cu privire la particulele noi arată din ce în ce mai mult ca și cum ar fi greșit”, a spus el.
Rezultatele au fost publicate astăzi online (17 octombrie) în revista Nature.
