Elektroni ir ārkārtīgi apaļi, un daži fiziķi par to nepriecājas.
Jauns eksperiments fiksēja visdetalizētāko līdzšinējo elektronu skatu, izmantojot lāzerus, lai atklātu daļiņu apvidu pierādījumus, pētnieki ziņoja jaunā pētījumā. Izgaismojot molekulas, zinātnieki varēja izskaidrot, kā citas subatomiskās daļiņas maina elektronu lādiņa sadalījumu.
Elektronu simetriskais apaļums liecināja, ka neredzētās daļiņas nav pietiekami lielas, lai elektronus sašķiebtu garenās formās vai ovālos. Šie atklājumi vēlreiz apstiprina ilgstošu fizikas teoriju, kas pazīstama kā standarta modelis, kas apraksta, kā uzvedas Visuma daļiņas un spēki.
Tajā pašā laikā šis jaunais atklājums varētu apgāzt vairākas alternatīvas fizikas teorijas, kas mēģina aizpildīt tukšās vietas par parādībām, kuras standarta modelis nespēj izskaidrot. Daži, iespējams, ļoti neapmierinātus fiziķus sūta atpakaļ uz rasēšanas dēli, sacīja pētījuma līdzautors Deivids DeMille, Jēlas universitātes Fizikas katedras profesors Ņūheivenā, Konektikutā.
"Tas noteikti nevienu nepadarīs ļoti laimīgu," DeMille stāstīja Live Science.
Labi pārbaudīta teorija
Tā kā subatomiskās daļiņas vēl nevar tieši novērot, zinātnieki par objektiem uzzina ar netiešu pierādījumu palīdzību. Novērojot, kas notiek vakuumā ap negatīvi uzlādētiem elektroniem - domājams, ka tie ir pelēki ar vēl neredzētu daļiņu mākoņiem - pētnieki var radīt daļiņu uzvedības modeļus, sacīja DeMille.
Standarta modelis apraksta lielāko daļu visu mijiedarbības elementu mijiedarbības, kā arī spēkus, kas iedarbojas uz šīm daļiņām. Gadu desmitiem šī teorija ir veiksmīgi paredzējusi, kā matērija uzvedas.
Tomēr ir daži nerātni izņēmumi no modeļa skaidrojošajiem panākumiem. Standarta modelis neizskaidro tumšo vielu - noslēpumainu un neredzamu vielu, kas rada gravitācijas spēku, tomēr neizstaro gaismu. Saskaņā ar Eiropas Kodolpētījumu organizācijas (CERN) modeli nav ņemta vērā gravitācija līdztekus citiem pamatjomiem, kas ietekmē lietu.
Alternatīvās fizikas teorijas piedāvā atbildes, ja standarta modelis neatbilst. Standarta modelis paredz, ka daļiņas, kas ieskauj elektronus, ietekmē elektronu formu, taču tādā bezgalīgā mērogā, ka, izmantojot esošo tehnoloģiju, ir diezgan nenosakāms. Bet citas teorijas vedina domāt, ka ir vēl neatklātas smagas daļiņas. Piemēram, supersimetriskais standarta modelis norāda, ka katrai standarta modeļa daļiņai ir partneris ar antimatēriju. Šīs hipotētiskās smagās daļiņas deformēs elektronus tādā mērā, ka pētniekiem būtu jāspēj tos novērot, sacīja jaunā pētījuma autori.
Apgaismojošie elektroni
Lai pārbaudītu šīs prognozes, jaunie eksperimenti tika veikti ar elektroniem ar izšķirtspēju, kas ir 10 reizes lielāka nekā iepriekšējie centieni, kas tika pabeigti 2014. gadā; abus izmeklējumus veica pētniecības projekts Advanced Cold Molecule Electron Electric Dipole Moment Search (ACME).
Pētnieki meklēja nenotveramu (un nepierādītu) fenomenu, ko sauca par elektriskā dipola momentu, kurā elektrona sfēriskā forma šķiet deformēta - "vienā galā ir noliekta un otrā ieliekta", DeMille paskaidroja - smago daļiņu dēļ, kas ietekmē elektronu lādiņu.
Šīs daļiņas būtu "par daudz, daudzām kārtām lielākas" nekā daļiņas, kuras prognozēja standarta modelis ", tāpēc tas ir ļoti skaidrs veids, kā pateikt, vai ārpus standarta modeļa notiek kaut kas jauns," sacīja DeMille.
Jaunajam pētījumam ACME pētnieki salīdzinoši nelielā kamerā pagrabā Hārvardas universitātē novirzīja aukstu torija oksīda molekulu staru ar ātrumu 1 miljons impulsā, 50 reizes sekundē. Zinātnieki ar lāzeru sasēja molekulas un pētīja molekulu atpakaļ atstaroto gaismu; līkumi gaismā norādītu uz elektriskā dipola momentu.
Bet atstarotajā gaismā nebija deformāciju, un šis rezultāts met tumšu ēnu pār fizikas teorijām, kas paredzēja smagas daļiņas ap elektroniem, sacīja pētnieki. Šīs daļiņas joprojām varētu pastāvēt, taču tās ļoti atšķirtos no tā, kā tās aprakstītas esošajās teorijās, teikts DeMille paziņojumā.
"Mūsu rezultāts zinātnieku aprindām norāda, ka mums ir nopietni jāpārdomā dažas alternatīvās teorijas," sacīja DeMille.
Tumši atklājumi
Kaut arī šajā eksperimentā tika novērtēta daļiņu uzvedība ap elektroniem, tas arī nodrošina svarīgu iespaidu tumšās vielas meklējumos, sacīja DeMille. Tāpat kā subatomiskās daļiņas, tumšo vielu nevar tieši novērot. Bet astrofiziķi zina, ka tas tur ir, jo viņi ir novērojuši tā gravitācijas ietekmi uz zvaigznēm, planētām un gaismu.
"Gluži kā mēs, meklējam sirdī to, kur daudzas teorijas ir paredzējušas - ilgu laiku un ļoti labu iemeslu dēļ - vajadzētu parādīties signālam," sacīja DeMille. "Un tomēr viņi neko neredz, un mēs arī neko neredzam."
Gan tumšā matērija, gan jaunās subatomiskās daļiņas, kuras neparedzēja standarta modelis, vēl ir tieši jūtamas; tomēr arvien pieaugošais pārliecinošo pierādījumu kopums liek domāt, ka šīs parādības pastāv. Bet, pirms zinātnieki tos var atrast, iespējams, vajadzēs nodot dažas ilglaicīgas idejas par to, kā viņi izskatās, piebilda DeMille.
"Cerības uz jaunām daļiņām izskatās arvien vairāk un vairāk līdzīgas tam, kā tās būtu bijušas nepareizas," viņš sacīja.
Atklājumi tika publicēti tiešsaistē šodien (17. oktobrī) žurnālā Nature.
