Az elektronok teljesen kerek alakúak, és néhány fizikus elégedetlen ezzel.
Az új kísérlet a mai napig a legrészletesebb képeket rögzítette az elektronokról. A tudósok lézereket használtak a részecskéket körülvevő részecskék kimutatására. A molekulák megvilágításával a kutatók meg tudták érteni, hogy a szubatomi részecskék hogyan változtatják meg az elektron töltésének eloszlását.
Az elektronok szimmetrikus kör alakja azt sugallja, hogy a láthatatlan részecskék nem elég nagyok ahhoz, hogy az elektronok alakját oválissá változtassák. A tanulmány eredményei megerősítik a Régi Fizikai Elméletet, amelyet Standard modell néven ismertetnek, amely leírja, hogyan viselkednek a részecskék és az erők az univerzumban.
Ugyanakkor az új felfedezés az alternatív fizika számos elméletét megfordíthatja, amelyek hiányzó információkat próbálnak találni olyan jelenségekről, amelyeket a standard modell nem tud magyarázni.
Mivel a szubatomi részecskék nem közvetlenül megfigyelhetők, a tudósok közvetett bizonyítékokon keresztül tanulnak róluk. Megfigyelve, mi történik egy vákuumban a negatív töltésű elektronok körül, amelyekről azt feltételezik, hogy még mindig láthatatlan részecskék felhői veszik körül őket, a kutatók modelleket hozhatnak létre az alegységek viselkedésére.
A standard modell leírja az anyag összes építőeleme, valamint a szubatomi részecskékre ható erők közötti kölcsönhatásokat. Ez az elmélet évtizedek óta sikeresen megjósolta, hogy az anyag hogyan fog viselkedni.
Számos szempont van azonban, amelyet a modell nem tud magyarázni. Például a sötét anyag, egy titokzatos és láthatatlan anyag, amely képes gravitációs vonzódásra, de nem bocsát ki fényt. Ezenkívül a modell nem magyarázza a gravitációt, valamint az anyagot befolyásoló egyéb alapvető erőket.
Az alternatív fizikai elméletek választ adnak arra az esetre, ha a standard modell kudarcot vall. A standard modell azt jósolja, hogy az elektronokat körülvevő részecskék befolyásolják annak alakját, de olyan végtelen skálán, hogy szinte lehetetlen felismerni a meglévő technológiát.
Promóciós videó:
De más elméletek szerint még mindig vannak nyilvánosságra nem hozott nehéz részecskék. Például a szuperszimmetrikus standard modell kijelenti, hogy a standard modell minden részecskéje antianyag-partnerrel rendelkezik. Ezek a hipotetikus nehéz részecskék annyira deformálhatják az elektronokat, hogy a kutatók látják. Ezen előrejelzések kipróbálására az új kísérlet az elektronokat egy 2014-es korábbi kísérlet felbontásának tízszeresére vizsgálta.
A kutatók megkísérelhetetlen és nem bebizonyított jelenséget kerestek, az úgynevezett elektromos dipólus pillanatot, amelyben az elektron gömb alakja deformálódottnak tűnik - „az egyik végén összetörve és a másik oldalon domború” - magyarázza DeMille. Ennek a formának a nehéz részecskéknek az elektron töltésre gyakorolt hatásának következményeinek kell lennie.
Ezek a részecskék „sokkal, sokkal nagyobb nagyságrenddel erősebbek” lesznek, mint a standard modell előrejelzése, tehát „kényszerítő módszer annak bizonyítására, hogy valami történik-e a standard modell magyarázatán kívül” - mondja DeMille.
Az új vizsgálatban a kutatók hideg tórium-oxid molekulákat használták fel, másodpercenként 50-szer egymillió sebességgel, egy viszonylag kis kamrában a Harvard Egyetem alagsorában. A tudósok lézereket lőttek a molekulákra, és megvizsgálták, hogy a fény hogyan tükröződik belőlük; A fénytörés egy elektromos dipólus pillanatot jelez.
De a visszavert fényben nem volt torzítás, és ez az eredmény kétségbe vonja a fizikai elméleteket, amelyek azt jósolják, hogy a nehéz részecskék az elektronok körül rekednek. Ezek a részecskék létezhetnek, de valószínűleg különböznek attól, amit a meglévő elméletek ismertetnek.
"Eredményünk arra készteti a tudományos közösséget, hogy komolyan gondolja át az alternatív elméleteket" - mondja DeMille.
Miközben a kísérlet kiértékelte a részecskék viselkedését az elektronok körül, fontos betekintést nyújtott a sötét anyag keresésére is. A szubatomi részecskékhez hasonlóan a sötét anyag sem közvetlenül megfigyelhető. De az asztrofizikusok tudják, hogy létezik, mert megfigyelték annak gravitációs hatását a csillagokra, a bolygókra és a fényre.
"Hasonlóan hozzánk, az asztrofizikusok arra figyelnek, ahol sok elmélet jelezte a jelet" - mondja DeMille. "És bár nem látnak semmit, és semmit sem látunk."
Mind a sötét anyag, mind az új szubatomi részecskék, amelyeket a szokásos modell nem jósolt előre, közvetlenül láthatók; a meggyőző bizonyítékok egyre növekvő száma arra utal, hogy ezek a jelenségek léteznek. De mielőtt a tudósok megtalálnák őket, valószínűleg érdemes néhány régi elméletet elvetni.
"Az előrejelzések arról, hogy a szubatomi részecskék hogyan néznek ki, egyre hihetetlenebbnek tűnik" - mondja DeMille.