Τα ηλεκτρόνια είναι εξαιρετικά στρογγυλά και ορισμένοι φυσικοί δεν είναι ευχαριστημένοι γι 'αυτό.
Ένα νέο πείραμα κατέλαβε την πιο λεπτομερή άποψη των ηλεκτρονίων μέχρι σήμερα, χρησιμοποιώντας λέιζερ για να αποκαλύψουν στοιχεία σωματιδίων που περιβάλλουν τα σωματίδια, σύμφωνα με ερευνητές σε νέα μελέτη. Με την ανάφλεξη μορίων, οι επιστήμονες μπόρεσαν να ερμηνεύσουν πώς άλλα υποατομικά σωματίδια μεταβάλλουν τη διανομή του φορτίου ενός ηλεκτρονίου.
Η συμμετρική στρογγυλότητα των ηλεκτρονίων υποδεικνύει ότι τα αόρατα σωματίδια δεν είναι αρκετά μεγάλα για να παραγκωνίσουν τα ηλεκτρόνια σε κολοβωμένα, επιμήκη σχήματα ή οβάλ. Αυτά τα ευρήματα επιβεβαιώνουν και πάλι μια μακρόχρονη θεωρία φυσικής, γνωστή ως το πρότυπο μοντέλο, που περιγράφει πώς συμπεριφέρονται τα σωματίδια και οι δυνάμεις στο σύμπαν.
Την ίδια στιγμή, αυτή η νέα ανακάλυψη θα μπορούσε να ανατρέψει πολλές εναλλακτικές θεωρίες φυσικής που προσπαθούν να συμπληρώσουν τα κενά σχετικά με τα φαινόμενα που το Τυπικό Μοντέλο δεν μπορεί να εξηγήσει. Αυτό έστειλε ίσως πολύ δυσαρεστημένους φυσικούς πίσω στο σχεδιαστήριο, δήλωσε ο συγγραφέας της μελέτης David DeMille, καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Yale στο New Haven του Connecticut.
"Σίγουρα δεν πρόκειται να κάνει κανείς πολύ χαρούμενος", δήλωσε ο DeMille στην Live Science.
Μια καλά δοκιμασμένη θεωρία
Επειδή τα υποατομικά σωματίδια δεν μπορούν να παρατηρηθούν άμεσα, οι επιστήμονες μαθαίνουν για τα αντικείμενα μέσω έμμεσων αποδείξεων. Παρατηρώντας το τι συμβαίνει στο κενό γύρω από τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια - πιστεύεται ότι είναι στροβιλισμένα με σύννεφα των αδιαφανών σωματιδίων - οι ερευνητές μπορούν να δημιουργήσουν μοντέλα σωματιδιακής συμπεριφοράς, δήλωσε ο DeMille.
Το Πρότυπο Μοντέλο περιγράφει τις περισσότερες από τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των δομικών στοιχείων όλων των υλικών, καθώς και τις δυνάμεις που δρουν σε αυτά τα σωματίδια. Για δεκαετίες, αυτή η θεωρία έχει προβλέψει με επιτυχία πώς συμπεριφέρεται η ύλη.
Ωστόσο, υπάρχουν μερικές γκανιότατες εξαιρέσεις από την επεξηγηματική επιτυχία του μοντέλου. Το Πρότυπο Μοντέλο δεν εξηγεί τη σκοτεινή ύλη, μια μυστηριώδη και αόρατη ουσία που ασκεί μια βαρυτική έλξη, αλλά δεν εκπέμπει φως. Και το μοντέλο δεν υπολογίζει τη βαρύτητα παράλληλα με τις άλλες θεμελιώδεις δυνάμεις που επηρεάζουν την ύλη, σύμφωνα με τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Πυρηνικών Ερευνών (CERN).
Οι εναλλακτικές θεωρίες φυσικής προσφέρουν απαντήσεις όπου το τυπικό μοντέλο υπολείπεται. Το πρότυπο μοντέλο προβλέπει ότι τα σωματίδια που περιβάλλουν τα ηλεκτρόνια επηρεάζουν το σχήμα των ηλεκτρονίων, αλλά σε μια τόσο απειροελάχιστη κλίμακα ώστε να είναι σχεδόν ανυπόληπτα χρησιμοποιώντας την υπάρχουσα τεχνολογία. Αλλά άλλες θεωρίες υπαινίσσονται ότι υπάρχουν ως τώρα-άγνωστα βαρύ σωματίδια. Για παράδειγμα, το Supersymmetric Standard Model υποθέτει ότι κάθε σωματίδιο στο Standard Model έχει έναν συνεργάτη αντιύλης. Αυτά τα υποθετικά σωματίδια βαρέων βαρών θα παραμόρφωναν τα ηλεκτρόνια σε βαθμό που οι ερευνητές θα έπρεπε να είναι σε θέση να παρατηρούν, ανέφεραν οι συντάκτες της νέας μελέτης.
Φωτιζόμενα ηλεκτρόνια
Για να δοκιμάσουν αυτές τις προβλέψεις, νέα πειράματα εξέτασαν τα ηλεκτρόνια σε ψήφισμα 10 φορές μεγαλύτερο από τις προηγούμενες προσπάθειες, που ολοκληρώθηκε το 2014. και οι δύο έρευνες διεξήχθησαν από το ερευνητικό πρόγραμμα Advanced Cold Molecule Electron Electric Dipole Moment Search (ACME).
Οι ερευνητές ζήτησαν ένα φευγαλέο φαινόμενο, το οποίο ονομάζεται ηλεκτρική στιγμή του διπόλου, στο οποίο το σφαιρικό σχήμα του ηλεκτρονίου εμφανίζεται παραμορφωμένο - "χαραγμένο στο ένα άκρο του και εξισορροπημένο", εξηγεί ο DeMille - εξαιτίας των βαριών σωματιδίων που επηρεάζουν τη φόρτιση του ηλεκτρονίου.
Αυτά τα σωματίδια θα είναι "πολλές, πολλές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερα" από τα σωματίδια που προβλέπονται από το πρότυπο μοντέλο, "έτσι είναι ένας πολύ σαφής τρόπος να πούμε εάν υπάρχει κάτι νέο που συμβαίνει πέρα από το πρότυπο μοντέλο", δήλωσε ο DeMille.
Για τη νέα μελέτη, οι ερευνητές της ACME στρέφουν μια δέσμη ψυχρών μορίων θορίου-οξειδίου με ρυθμό 1 εκατομμύριο ανά παλμό, 50 φορές ανά δευτερόλεπτο, σε σχετικά μικρό θάλαμο σε υπόγειο στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. Οι επιστήμονες προσέφεραν τα μόρια με λέιζερ και μελέτησαν το φως που ανακλάται από τα μόρια. κάμψη στο φως θα έδειχνε μια στιγμή ηλεκτρικού διπόλου.
Αλλά δεν υπήρχαν ανατροπές στο ανακλώμενο φως και αυτό το αποτέλεσμα φέρνει μια σκοτεινή σκιά πάνω στις θεωρίες φυσικής που προέβλεπαν βαριά σωματίδια γύρω από ηλεκτρόνια, ανέφεραν οι ερευνητές. Αυτά τα σωματίδια μπορεί να εξακολουθούν να υπάρχουν, αλλά θα ήταν πολύ διαφορετικά από αυτά που έχουν περιγραφεί στις υπάρχουσες θεωρίες, δήλωσε ο DeMille σε μια δήλωση.
"Το αποτέλεσμα μας λέει στην επιστημονική κοινότητα ότι πρέπει να επανεξετάσουμε σοβαρά μερικές από τις εναλλακτικές θεωρίες", δήλωσε ο DeMille.
Σκοτεινές ανακαλύψεις
Ενώ αυτό το πείραμα αξιολόγησε τη συμπεριφορά των σωματιδίων γύρω από τα ηλεκτρόνια, παρέχει επίσης σημαντικές επιπτώσεις στην αναζήτηση σκοτεινής ύλης, δήλωσε ο DeMille. Όπως τα υποατομικά σωματίδια, η σκοτεινή ύλη δεν μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα. Αλλά οι αστροφυσικοί γνωρίζουν ότι είναι εκεί, επειδή έχουν παρατηρήσει την βαρυτική επίδρασή της στα αστέρια, τους πλανήτες και το φως.
"Όπως και εμείς, κοιτάζουμε στην καρδιά όπου πολλές θεωρίες έχουν προβλέψει - για μεγάλο χρονικό διάστημα και για πολύ καλούς λόγους - ένα σήμα θα πρέπει να εμφανιστεί", δήλωσε ο DeMille. "Και όμως, δεν βλέπουν τίποτα και δεν βλέπουμε τίποτα".
Τόσο η σκοτεινή ύλη όσο και τα νέα υποατομικά σωματίδια που δεν είχαν προβλεφθεί από το Πρότυπο Μοντέλο δεν έχουν ακόμη εντοπιστεί. εξακολουθεί να υπάρχει ένα αυξανόμενο σύνολο σημαντικών στοιχείων που δείχνουν ότι αυτά τα φαινόμενα υπάρχουν. Αλλά πριν οι επιστήμονες μπορέσουν να τα βρουν, μερικές μακροχρόνιες ιδέες για το πώς μοιάζουν θα χρειαστεί πιθανώς να διαλυθούν, πρόσθεσε ο DeMille.
"Οι προσδοκίες για νέα σωματίδια φαίνονται όλο και περισσότερο σαν να είχαν κάνει λάθος", είπε.
Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν σήμερα (17 Οκτωβρίου) στο περιοδικό Nature.
