Az elektronok rendkívül kerek alakúak, és néhány fizikus nem örül neki.
Egy új kísérlet a mai napig a legrészletesebb képet mutatta az elektronokról, lézerek segítségével a részecskéket körülvevő részecskék bizonyítékainak felfedésére - jelentettek kutatók egy új tanulmányban. A molekulák megvilágításával a tudósok meg tudták magyarázni, hogy más szubatomi részecskék hogyan változtatják meg az elektron töltésének eloszlását.
Az elektronok szimmetrikus kerekítése arra enged következtetni, hogy a láthatatlan részecskék nem elég nagyok ahhoz, hogy az elektronokat metszett hosszúkás alakúvá vagy oválissá alakítsák. Ezek az eredmények ismét megerősítik a régóta fennálló fizikai elméletet, az úgynevezett Standard modellt, amely leírja, hogyan viselkednek a részecskék és az erők az univerzumban.
Ugyanakkor ez az új felfedezés több alternatív fizikai elméletet megfordíthat, amelyek megpróbálják kitölteni az olyan jelenségeket tartalmazó kitöltőnyílásokat, amelyeket a standard modell nem tud magyarázni. Ez valószínűleg nagyon elégedetlen fizikusokat küld vissza a táblára - mondta David DeMille, a tanulmány társszerzője, a Connecticuti-i New Havenben a Yale Egyetem Fizikai Tanszékének professzora.
"Ez természetesen nem fog nagyon boldoggá tenni senkit" - mondta DeMille a Live Science-nek.
Jól bevált elmélet
Mivel a szubatomi részecskék még nem figyelhetők meg közvetlenül, a tudósok közvetett bizonyítékok útján tanulják meg a tárgyakat. Ha megfigyelte, mi történik a vákuumban a negatív töltésű elektronok körül - amelyekről azt gondolják, hogy még nem látott részecskék felhőiben rekednek -, a kutatók modelleket készíthetnek a részecskék viselkedéséről - mondta DeMille.
A standard modell leírja az anyag összes építőeleme, valamint az ezekre a részecskékre ható erők közötti kölcsönhatások nagy részét. Ez az elmélet évtizedek óta sikeresen megjósolja az anyag viselkedését.
Van azonban néhány csúnya kivétel a modell magyarázó sikeréhez. A standard modell nem magyarázza meg a sötét anyagot, egy titokzatos és láthatatlan anyagot, amely gravitációs vonzóképességgel bír, ugyanakkor nem bocsát ki fényt. Az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) szerint a modell nem veszi figyelembe a gravitációt az anyagot befolyásoló alapvető erők mellett.
Az alternatív fizikai elméletek olyan válaszokat kínálnak, ahol a standard modell elmarad. A standard modell azt jósolja, hogy az elektronokat körülvevő részecskék befolyásolják az elektron alakját, de olyan végtelen skálán, hogy a meglévő technológiát használva nagyjából nem észlelhető. Más elméletek azonban arra utalnak, hogy vannak még fel nem fedezett nehéz részecskék. Például a szuperszimmetrikus standard modell azt állítja, hogy a standard modell minden részecskéje antianyag-partner. Az új hipotetikus nehézsúlyú részecskék annyira deformálnák az elektronokat, hogy a kutatóknak megfigyelhetők legyenek.
Világító elektronok
Ezen előrejelzések tesztelésére új kísérleteket végeztek el elektronokon, a korábbi erőfeszítésektől tízszeres felbontással, 2014-ben befejezve; mindkét vizsgálatot az Advanced Cold Molecule Electron Electric Dipole Moment Search (ACME) kutatási projekt végezte.
A kutatók megkísérelhetetlen (és nem bizonyított) jelenséget kerestek, az úgynevezett elektromos dipólus pillanatot, amelyben az elektron gömb alakja deformálódottnak tűnik - "egyik végén be van horonnyozva és a másik oldalán kidudorodik" - magyarázta DeMille - az elektron töltését befolyásoló nehéz részecskék miatt.
Ezek a részecskék "sokkal, sokkal nagyságrenddel nagyobb", mint a standard modell előrejelzése szerint ", tehát egy nagyon világos módja annak, hogy megmondjam, ha történik valami új, a standard modellön túl" - mondta DeMille.
Az új tanulmányhoz az ACME kutatói hideg tórium-oxid molekulák sugárnyalábát egy másodpercenként 50-szoros impulzus sebességgel irányították egy viszonylag kis kamrába egy alagsorban a Harvard Egyetemen. A tudósok lézerrel zápolták a molekulákat és megvizsgálták a molekulák által visszavert fényt; A fénnyel történő kanyarok elektromos dipólus pillanatra mutatnak.
A visszavert fényben azonban nem volt csavarás, és ez az eredmény sötét árnyékot vet a fizikai elméletek fölött, amelyek az elektronok körül nehéz részecskéket jósoltak. Lehet, hogy ezek a részecskék továbbra is léteznek, de nagyon különböznek attól, ahogyan azokat a meglévő elméletekben leírták - mondta DeMille egy nyilatkozatában.
"Eredményeink azt mondják a tudományos közösség számára, hogy komolyan kell gondolkodnunk az alternatív elméletek néhány átgondolásáról" - mondta DeMille.
Sötét felfedezések
Noha ez a kísérlet kiértékelte a részecskék viselkedését az elektronok körül, fontos következményekkel jár a sötét anyag keresésére is - mondta DeMille. A szubatómiai részecskékhez hasonlóan a sötét anyagot sem lehet közvetlenül megfigyelni. De az asztrofizikusok tudják, hogy ott van, mert megfigyelték annak gravitációs hatását a csillagokra, a bolygókra és a fényre.
"Nagyon hasonlóan a szívünkhöz, ahol sok elmélet jósol - hosszú ideig és nagyon jó okokból - jelnek kell megjelennie" - mondta DeMille. "És mégis, nem látnak semmit, és semmit sem."
Mind a sötét anyagot, mind az új szubatómiai részecskéket, amelyeket a standard modell nem jósolt előre, még közvetlenül kell megfigyelni; mégis, egyre több kényszerítő bizonyíték arra utal, hogy ezek a jelenségek léteznek. De mielőtt a tudósok megtalálnák őket, valószínűleg le kell selejtezni néhány régóta elképzelést arról, hogy néznek ki - tette hozzá DeMille.
"Az új részecskékkel kapcsolatos elvárások egyre inkább úgy néznek ki, mintha tévedtek volna" - mondta.
Az eredményeket ma (október 17.) közzétették a Nature folyóiratban.
