Електроните са изключително кръгли и някои физици не са доволни от това.
Нов експеримент засне най-подробния изглед на електроните досега, използвайки лазери, за да разкрие доказателства за частици, обграждащи частиците, съобщават изследователи в ново проучване. Осветявайки молекули, учените успяха да интерпретират как други субатомни частици променят разпределението на заряда на електрон.
Симетричната закръгленост на електроните подсказваше, че невидимите частици не са достатъчно големи, за да изкривят електрони в нарязани продълговати форми или овали. Тези открития за пореден път потвърждават дългогодишна теория на физиката, известна като Стандартния модел, която описва как се държат частиците и силите във Вселената.
В същото време това ново откритие може да преобърне няколко алтернативни теории на физиката, които се опитват да попълнят празните места за явления, които Стандартният модел не може да обясни. Това изпраща някои вероятно недоволни физици обратно към чертожната дъска, заяви съавторът на изследването Дейвид ДеМил, професор от катедрата по физика в Йейлския университет в Ню Хейвън, Кънектикът.
"Това със сигурност няма да зарадва никого", казва ДеМил пред Live Science.
Добре изпитана теория
Тъй като субатомните частици все още не могат да бъдат директно наблюдавани, учените научават за обектите чрез косвени доказателства. Наблюдавайки какво се случва във вакуума около отрицателно заредените електрони - за които се смята, че роят с облаци от все още невиждани частици - изследователите могат да създадат модели на поведение на частиците, каза ДеМил.
Стандартният модел описва повечето взаимодействия между всички градивни вещества на материята, както и силите, които действат върху тези частици. От десетилетия тази теория успешно прогнозира как се държи материята.
Въпреки това има няколко заяждащи изключения от обяснителния успех на модела. Стандартният модел не обяснява тъмната материя, мистериозна и невидима субстанция, която упражнява гравитационно дърпане, но не излъчва никаква светлина. И моделът не отчита гравитацията наред с другите основни сили, които влияят върху материята, според Европейската организация за ядрени изследвания (CERN).
Алтернативните теории на физиката предлагат отговори, когато стандартният модел не достига. Стандартният модел прогнозира, че частиците около електроните влияят на електронната форма, но в такъв безкрайно малък мащаб, че да бъдат почти неоткриваеми, като се използва съществуващата технология. Но други теории намекват, че все още има неоткрити тежки частици. Например, суперсиметричният стандартен модел показва, че всяка частица в стандартния модел има партньор за антиматерия. Тези хипотетични тежки частици биха деформирали електрони до степен, която изследователите трябва да могат да наблюдават, твърдят авторите на новото проучване.
Осветителни електрони
За да се тестват тези прогнози, новите експерименти надничаха в електроните с резолюция 10 пъти по-голяма от предишните усилия, завършени през 2014 г .; и двете изследвания са проведени от изследователския проект Advanced Cold Molecule Electron Electric Dipole Moment Search (ACME).
Изследователите потърсиха неуловим (и недоказан) феномен, наречен електрически диполен момент, при който сферичната форма на електрона изглежда деформирана - „вдъхната от единия край и издута от другата“, обясни ДеМил - заради тежки частици, влияещи върху заряда на електрона.
Тези частици биха били "много, много порядъци по-големи" от предвидените от стандартния модел частици, "така че това е много ясен начин да се разбере дали има нещо ново извън стандартния модел", каза DeMille.
За новото проучване изследователите от ACME насочиха лъч студени молекули на ториев оксид със скорост 1 милион на импулс, 50 пъти в секунда, в сравнително малка камера в мазе на Харвардския университет. Учените захванаха молекулите с лазери и изследваха отразената обратно от молекулите светлина; завоите на светлината биха насочили към електрически диполен момент.
Но в отразената светлина не е имало обрати и този резултат хвърля тъмна сянка върху теориите на физиката, които предсказват тежки частици около електрони, казват изследователите. Тези частици все още могат да съществуват, но те ще се различават много от това, как са били описани в съществуващите теории, казва ДеМил в изявление.
"Резултатът ни казва на научната общност, че трябва сериозно да преосмислим някои от алтернативните теории", каза ДеМил.
Тъмни открития
Докато този експеримент оценява поведението на частиците около електрони, той също дава важни последици за търсенето на тъмна материя, каза ДеМил. Подобно на субатомните частици, тъмната материя не може да бъде наблюдавана директно. Но астрофизиците знаят, че е там, защото са наблюдавали гравитационното му въздействие върху звездите, планетите и светлината.
„Подобно на нас, търсим в сърцето там, където много теории са прогнозирали - отдавна и по много добри причини - трябва да се появи сигнал“, каза ДеМил. "И все пак, те не виждат нищо, а ние не виждаме нищо."
Както тъмната материя, така и новите субатомни частици, които не са били предвидени от стандартния модел, тепърва ще бъдат забелязани; все пак нарастващ брой от убедителни доказателства предполага, че тези явления съществуват. Но преди учените да ги намерят, някои дългогодишни идеи за това как изглеждат вероятно ще трябва да бъдат бракувани, добави ДеМил.
"Очакванията за нови частици изглеждат все повече и повече като те са сгрешили", каза той.
Резултатите бяха публикувани онлайн днес (17 октомври) в списание Nature.
