Електроните са абсолютно кръгли и някои физици са недоволни от това.
Новият експеримент засне най-подробните изображения на електрони до момента. Учените са използвали лазери, за да открият доказателства за частици, заобикалящи частиците. Чрез осветление на молекули изследователите успяха да разберат как субатомните частици променят разпределението на заряда на електрон.
Симетричната кръгла форма на електроните подсказва, че невидимите частици не са достатъчно големи, за да променят формата на електрони да овална. Резултатите от изследването потвърждават стара физическа теория, известна като Стандартния модел, която описва как се държат частиците и силите във Вселената.
И в същото време новото откритие може да превърне няколко теории за алтернативна физика, които се опитват да намерят липсваща информация за явления, които Стандартният модел не може да обясни.
Тъй като субатомните частици не могат да бъдат наблюдавани директно, учените научават за тях чрез косвени доказателства. Наблюдавайки какво се случва във вакуум около отрицателно заредени електрони, за които се смята, че са заобиколени от облаци от все още невидими частици, изследователите могат да създадат модели за поведението на субатомите.
Стандартният модел описва взаимодействията между всички градивни елементи на материята, както и силите, които действат върху субатомните частици. От десетилетия тази теория успешно прогнозира как ще се държи материята.
Има обаче няколко точки, които моделът не е в състояние да обясни. Например, тъмна материя, мистериозна и невидима субстанция, която е способна на гравитационно привличане, но не излъчва светлина. Също така моделът не обяснява гравитацията, както и други основни сили, които влияят на материята.
Алтернативните теории на физиката предлагат отговори, когато стандартният модел се проваля. Стандартният модел прогнозира, че частиците, които обграждат един електрон, влияят на неговата форма, но в такъв безкрайно малък мащаб, че е почти невъзможно да се открият с помощта на съществуваща технология.
Промоционално видео:
Но други теории казват, че все още има неразкрити тежки частици. Например, суперсиметричният стандартен модел гласи, че всяка частица в стандартния модел има партньор за антиматерия. Тези хипотетични тежки частици могат да деформират електрони до степен, която изследователите могат да видят. За да тества тези прогнози, новият експеримент разглежда електроните с 10 пъти по-висока резолюция от предишен опит през 2014 г.
Изследователите търсеха неуловим и недоказан феномен, наречен електрически диполен момент, при който сферичната форма на електрон изглежда деформирана - „смачкана в единия край и изпъкнала в другия“, обяснява ДеМил. Тази форма трябва да бъде следствие от влиянието на тежки частици върху заряда на електрон.
Тези частици биха били "много, много порядъци по-силни" от предвидените от Стандартния модел частици, така че би било "убедителен начин да се докаже дали нещо се случва извън обясненията на Стандартния модел", казва ДеМил.
За новото проучване изследователите са използвали лъчи на студени молекули на ториев оксид със скорост 1 милион на импулс 50 пъти в секунда в сравнително малка камера в мазето на Харвардския университет. Учените изстрелват лазери по молекули и изучават как светлината ще се отразява от тях; пречупването на светлина би означавало електрически диполен момент.
Но не е имало изкривяване в отразената светлина и този резултат поставя под съмнение физическите теории, които предсказват тежки частици, които се роят около електрони. Тези частици могат да съществуват, но вероятно ще се различават от описаното в съществуващите теории.
„Резултатът ни казва на научната общност сериозно да преосмисли алтернативните теории“, казва ДеМил.
Докато експериментът оценяваше поведението на частици около електрони, той също даде важни прозрения за търсенето на тъмна материя. Подобно на субатомните частици, тъмната материя не може да бъде наблюдавана директно. Но астрофизиците знаят, че съществува, защото са наблюдавали нейното гравитационно влияние върху звезди, планети и светлина.
„Подобно на нас, астрофизиците гледат къде много теории са предсказали сигнал“, казва ДеМил. "И докато те не виждат нищо, а ние не виждаме нищо."
Както тъмната материя, така и новите субатомни частици, които Стандартният модел не е предвидил, остават да бъдат наблюдавани директно; все повече нарастващ набор от категорични доказателства предполага, че тези явления съществуват. Но преди учените да ги намерят, вероятно си струва да изхвърлим някои стари теории.
„Прогнозите за това как изглеждат субатомните частици изглеждат все по-неправдоподобни“, казва ДеМил.