Elektronai yra nepaprastai apvalūs, o kai kurie fizikai tuo nesidžiaugia.
Naujas eksperimentas užfiksavo iki šiol išsamiausią elektronų vaizdą, panaudodamas lazerius dalelių, supančių daleles, įrodymais, pranešė tyrėjai naujame tyrime. Apšvietę molekules, mokslininkai sugebėjo paaiškinti, kaip kitos subatominės dalelės keičia elektronų krūvio pasiskirstymą.
Simetriškas elektronų apvalumas leido manyti, kad nematytos dalelės nėra pakankamai didelės, kad elektronai galėtų pasisukti į pailgas pailgas formas arba ovalus. Šie atradimai dar kartą patvirtina seniai egzistuojančią fizikos teoriją, vadinamą standartiniu modeliu, kuri apibūdina, kaip visatos dalelės ir jėgos elgiasi.
Tuo pačiu metu šis naujas atradimas gali panaikinti keletą alternatyvių fizikos teorijų, kuriomis bandoma užpildyti blankus apie reiškinius, kurių standartinis modelis negali paaiškinti. Kai kurie tikriausiai labai nepatenkinti fizikai siunčia juos atgal į piešimo lentą, sakė tyrimo bendraautorius Davidas DeMille'as, Jeilio universiteto Fizikos katedros profesorius, New Haven, Konektikutas.
„Tai tikrai nieko nepadarys labai laimingu“, - „DeMille“ pasakojo „Live Science“.
Gerai patikrinta teorija
Kadangi subatominių dalelių dar negalima tiesiogiai pastebėti, mokslininkai apie objektus sužino netiesiogiai. Stebėdami, kas vyksta vakuume aplink neigiamai įkrautus elektronus - manoma, kad jie sukyla su dar nematytų dalelių debesimis - tyrėjai gali sukurti dalelių elgesio modelius, sakė DeMille'as.
Standartinis modelis apibūdina didžiąją dalį visų materijos elementų sąveikos, taip pat jėgas, kurios veikia tas daleles. Dešimtmečiais ši teorija sėkmingai numatė, kaip materija elgiasi.
Tačiau yra keletas įkyrių modelio aiškinamosios sėkmės išimčių. Standartinis modelis nepaaiškina tamsiosios materijos, paslaptingos ir nematomos medžiagos, kuri tempia gravitacinį trauką, tačiau neskleidžia šviesos. Europos branduolinių tyrimų organizacijos (CERN) duomenimis, modelis neatsižvelgia į sunkumą kartu su kitomis pagrindinėmis jėgomis, kurios daro įtaką materijai.
Alternatyvios fizikos teorijos siūlo atsakymus tais atvejais, kai standartinis modelis yra nepakankamas. Standartinis modelis prognozuoja, kad elektronus supančios dalelės daro įtaką elektronų formai, tačiau tokiu begalybės mastu, kad naudojant esamą technologiją jų beveik neįmanoma nustatyti. Tačiau kitos teorijos nurodo, kad yra dar neatrastų sunkiųjų dalelių. Pvz., Supersimetriniame standartiniame modelyje teigiama, kad kiekvienoje standartinio modelio dalelėje yra antimaterijos partneris. Šios hipotetinės sunkiosios dalelės deformuos elektronus tokiu laipsniu, kokį tyrėjai turėtų turėti galimybę pastebėti, teigė naujojo tyrimo autoriai.
Šviečiantys elektronai
Norint išbandyti šias prognozes, nauji eksperimentai, skirti elektronams, skyrėsi 10 kartų didesne skiriamąja geba nei ankstesnės pastangos, baigti 2014 m. abu tyrimai buvo atlikti vykdant tyrimų projektą „Advanced Cold Molecule Electron Electric Dipole Moment Search“ (ACME).
Tyrėjai ieškojo neįmanomo (ir neįrodyto) reiškinio, vadinamo elektriniu dipolio momentu, kurio metu elektrono sferinė forma atrodo deformuota - „viename gale įspausta, o kitame - išsikišusi“, - aiškino DeMille'as - dėl sunkiųjų dalelių, turinčių įtakos elektronų krūviui.
Šios dalelės būtų „daugybe, daugybe laipsnių didesnės“ nei standartiniame modelyje numatytos dalelės “, taigi tai yra labai aiškus būdas sužinoti, ar nutinka kažkas naujo, kas yra ne tik standartiniame modelyje“, - teigė DeMille'as.
Naujam tyrimui ACME tyrėjai nukreipė šaltą torio oksido molekulių pluoštą, kurio greitis 1 milijonas impulsą, 50 kartų per sekundę, į palyginti nedidelę kamerą rūsyje Harvardo universitete. Mokslininkai pritvirtino molekules lazeriais ir ištyrė molekulių atspindėtą šviesą; posūkiai šviesoje nurodytų elektrinio dipolio momentą.
Tačiau atspindėtoje šviesoje nebuvo posūkių ir šis rezultatas meta fizikos teorijoms, kurios numatė sunkias daleles aplink elektronus, tamsų šešėlį, teigė tyrėjai. Tos dalelės vis dar gali egzistuoti, tačiau jos labai skirtųsi nuo to, kaip jos buvo aprašytos esamose teorijose, - sakė DeMille'as savo pranešime.
„Mūsų rezultatas sako mokslo bendruomenei, kad turime rimtai permąstyti kai kurias alternatyvias teorijas“, - teigė DeMille'as.
Tamsi atradimai
Nors šis eksperimentas įvertino dalelių elgseną aplink elektronus, jis taip pat suteikia svarbių impulsų tamsiosios medžiagos paieškai, teigė DeMille'as. Kaip ir subatominės dalelės, tamsioji medžiaga negali būti tiesiogiai stebima. Bet astrofizikai žino, kad tai ten, nes jie pastebėjo jo gravitacinį poveikį žvaigždėms, planetoms ir šviesai.
„Panašiai kaip mes, širdyje žiūrime į tai, kur daug teorijų numatė - ilgą laiką ir dėl labai gerų priežasčių - turėtų pasirodyti signalas“, - teigė DeMille'as. "Ir vis dėlto jie nieko nemato, o mes nieko nematome".
Tiek tamsiosios medžiagos, tiek naujos subatominės dalelės, kurių nenumatė standartinis modelis, dar turi būti tiesiogiai pastebimos; vis dėlto vis daugiau įtikinamų įrodymų rodo, kad šie reiškiniai egzistuoja. Tačiau, kad mokslininkai galėtų juos rasti, tikriausiai reikės atsisakyti kai kurių seniai pasvarstytų idėjų, kaip jie atrodo, - pridūrė DeMille'as.
„Lūkesčiai dėl naujų dalelių atrodo vis panašesni į tai, kaip jie buvo suklydę“, - sakė jis.
Išvados buvo paskelbtos internete šiandien (spalio 17 d.) Žurnale „Nature“.
