Elektroner er helt runde, og noen fysikere er ikke fornøyd med dette.
Det nye eksperimentet fanget de mest detaljerte bildene av elektroner til dags dato. Forskere har brukt lasere for å oppdage bevis for partikler som omgir partiklene. Ved å tenne molekyler kunne forskerne forstå hvordan subatomære partikler endrer distribusjonen av et elektrons ladning.
Elektronenes symmetriske sirkulære form antyder at de usynlige partiklene ikke er store nok til å endre formen til elektronene til oval. Resultatene fra studien bekrefter en gammel fysisk teori kjent som Standard Model, som beskriver hvordan partikler og krefter i universet oppfører seg.
Og samtidig kan den nye oppdagelsen snu flere teorier om alternativ fysikk som prøver å finne manglende informasjon om fenomener som standardmodellen ikke kan forklare.
Siden subatomære partikler ikke kan observeres direkte, lærer forskere om dem gjennom omstendighetsbevis. Ved å observere hva som skjer i et vakuum rundt negativt ladede elektroner som antas å være omringet av skyer av ennå usynlige partikler, kan forskere lage modeller for subatoms oppførsel.
Standardmodellen beskriver samspillet mellom alle byggesteinene i saken, så vel som kreftene som virker på subatomære partikler. I flere tiår har denne teorien med suksess spådd hvordan materien vil oppføre seg.
Imidlertid er det flere punkter som modellen ikke kan forklare. For eksempel mørk materie, et mystisk og usynlig stoff som er i stand til gravitasjonsattraksjon, men ikke avgir lys. Modellen forklarer heller ikke tyngdekraften, så vel som andre grunnleggende krefter som påvirker materien.
Alternative fysikkteorier tilbyr svar der standardmodellen mislykkes. Standardmodellen spår at partiklene som omgir et elektron påvirker formen, men i en så uendelig skala at det er nesten umulig å oppdage ved bruk av eksisterende teknologi.
Salgsfremmende video:
Men andre teorier sier at det fortsatt er ikke avslørte tunge partikler. For eksempel uttaler den supersymmetriske standardmodellen at hver partikkel i standardmodellen har en antimateriell partner. Disse hypotetiske tunge partiklene kan deformere elektroner til det punktet forskere kan se. For å teste disse spådommene, så det nye eksperimentet på elektroner med 10 ganger oppløsningen fra et tidligere forsøk i 2014.
Forskere lette etter et unnvikende og uprovosert fenomen kalt det elektriske dipoløyeblikket, der den sfæriske formen til et elektron ser ut til å bli deformert - "knust i den ene enden og konveks i den andre," forklarer DeMille. Denne formen skal være en konsekvens av påvirkning fra tunge partikler på elektronladningen.
Disse partiklene vil være "mange, mange størrelsesordener sterkere" enn partiklene som er forutsagt av standardmodellen, så det ville være "en overbevisende måte å bevise om noe skjer utenfor forklaringene til standardmodellen," sier DeMille.
For den nye studien brukte forskerne bjelker med kaldt thoriumoksydmolekyler med en hastighet på 1 million per puls 50 ganger per sekund i et relativt lite kammer i kjelleren på Harvard University. Forskere fyrte lasere på molekyler og studerte hvordan lys ville bli reflektert fra dem; refraksjon i lys ville indikere et elektrisk dipolmoment.
Men det var ingen forvrengning i reflektert lys, og dette resultatet kaster tvil om fysiske teorier som forutsier tunge partikler som svermer rundt elektron. Disse partiklene kan eksistere, men vil sannsynligvis skille seg fra det som er beskrevet i eksisterende teorier.
"Resultatet vårt forteller at det vitenskapelige samfunnet seriøst skal vurdere alternative teorier," sier DeMille.
Mens eksperimentet evaluerte oppførselen til partikler rundt elektron, ga det også viktig innsikt for jakten på mørk materie. I likhet med subatomære partikler kan ikke mørke stoffer observeres direkte. Men astrofysikere vet at det eksisterer fordi de har observert dens gravitasjonspåvirkning på stjerner, planeter og lys.
"Akkurat som oss ser astrofysikere på hvor mange teorier har spådd et signal," sier DeMille. "Og mens de ikke ser noe, og vi ser ingenting."
Både mørk materie og nye subatomære partikler som standardmodellen ikke forutså, gjenstår å se direkte; Likevel antyder et voksende antall avgjørende bevis at disse fenomenene eksisterer. Men før forskere finner dem, er det sannsynligvis verdt å forkaste noen gamle teorier.
"Spådommer om hvordan subatomære partikler ser ut ser stadig ufornuftigere ut," sier DeMille.
