Elektroni so popolnoma okrogli in nekateri fiziki s tem niso zadovoljni.
Novi eksperiment je zajel najbolj podrobne slike elektronov doslej. Znanstveniki so z laserji odkrivali dokaze, ki obkrožajo delce. Z razsvetljevanjem molekul so raziskovalci lahko razumeli, kako subatomski delci spreminjajo porazdelitev naboja elektrona.
Simetrična krožna oblika elektronov nakazuje, da nevidni delci niso dovolj veliki, da bi oblikovali elektrone v ovalne. Rezultati študije ponovno potrjujejo staro fizikalno teorijo, znano kot Standardni model, ki opisuje, kako se obnašajo delci in sile v vesolju.
Hkrati bi lahko novo odkritje obrnilo več teorij alternativne fizike, ki poskušajo najti manjkajoče podatke o pojavih, ki jih standardni model ne zna razložiti.
Ker subatomskih delcev ni mogoče neposredno opazovati, znanstveniki o njih izvedo s posrednimi dokazi. Z opazovanjem dogajanja v vakuumu okoli negativno nabitih elektronov, za katere se verjame, da so obdani z oblaki še nevidnih delcev, lahko raziskovalci ustvarijo modele obnašanja subatomov.
Standardni model opisuje interakcije med vsemi gradniki materije, pa tudi sile, ki delujejo na subatomske delce. Ta teorija že desetletja uspešno napoveduje, kako se bo zadeva obnašala.
Vendar pa model ne zna razložiti več točk. Na primer temna snov, skrivnostna in nevidna snov, ki je sposobna gravitacijske privlačnosti, vendar ne oddaja svetlobe. Prav tako model ne razlaga gravitacije, pa tudi drugih temeljnih sil, ki vplivajo na materijo.
Alternativne teorije fizike ponujajo odgovore, če standardni model ne uspe. Standardni model predvideva, da delci, ki obkrožajo elektrone, vplivajo na njegovo obliko, vendar v tako neskončno majhnem merilu, da je skoraj nemogoče zaznati z obstoječo tehnologijo.
Promocijski video:
Toda druge teorije pravijo, da so še vedno nerazkriti težki delci. Na primer, super-simetrični standardni model navaja, da ima vsak delček v standardnem modelu partnerja za antimaterijo. Ti hipotetični težki delci lahko deformirajo elektrone do točke, ki jo lahko vidijo raziskovalci. Da bi preizkusili te napovedi, je bil v novem poskusu elektrone 10-krat večja od ločljivosti prejšnjega poskusa leta 2014.
Raziskovalci so iskali izmučen in nedokazan pojav, imenovan električni dipolni trenutek, v katerem se zdi, da je sferična oblika elektrona deformirana - "zdrobljena na enem koncu in izbočena na drugem", razlaga DeMille. Ta oblika naj bi bila posledica vpliva težkih delcev na naboj elektronov.
Ti delci bi bili "veliko, veliko na velikost močnejši" od delcev, ki jih napoveduje standardni model, zato bi bilo to "prepričljiv način dokazovanja, ali se kaj dogaja zunaj razlag standardnega modela", pravi DeMille.
Za novo študijo so raziskovalci v sorazmerno majhni komori v kleti univerze Harvard uporabili žarke molekul hladnega torijevega oksida s hitrostjo 1 milijon na impulz 50-krat na sekundo. Znanstveniki so izstrelili laserje na molekule in preučevali, kako bi se od njih odbijala svetloba; lom v svetlobi bi nakazal električni dipolni moment.
Toda v odbojni svetlobi ni bilo izkrivljanja in ta rezultat sproži dvom o fizikalnih teorijah, ki napovedujejo, da se težki delci plavajo okoli elektronov. Ti delci lahko obstajajo, vendar se verjetno razlikujejo od opisanih v obstoječih teorijah.
"Naš rezultat navaja znanstveno skupnost, naj resno preuči alternativne teorije," pravi DeMille.
Medtem ko je eksperiment ocenjeval vedenje delcev okoli elektronov, je dal tudi pomemben vpogled za iskanje temne snovi. Tako kot subatomske delce tudi temne snovi ni mogoče neposredno opazovati. A astrofiziki vedo, da obstaja, ker so opazovali njegov gravitacijski vpliv na zvezde, planete in svetlobo.
"Tako kot mi tudi astrofiziki pogledamo, kje so mnoge teorije napovedale signal," pravi DeMille. "In medtem ko ne vidijo ničesar, mi pa nič ne vidimo."
Tako temno snov kot nove subatomske delce, ki jih standardni model ni predvidel, je treba neposredno videti; vendar vse več prepričljivih dokazov kaže, da ti pojavi obstajajo. Toda preden jih znanstveniki najdejo, je verjetno vredno zavreči nekaj starih teorij.
"Napovedi o tem, kako izgledajo subatomski delci, so vse bolj nedorečene," pravi DeMille.