Електрони надзвичайно круглі, і деяким фізикам це не приємно.
Новий експеримент зафіксував найбільш детальний вигляд електронів на сьогоднішній день, використовуючи лазери для виявлення доказів, що оточують частинки, дослідники повідомили в новому дослідженні. Освітлюючи молекули, вчені змогли інтерпретувати, як інші субатомні частинки змінюють розподіл заряду електрона.
Симетрична округлість електронів наводила на думку, що невидимі частинки не є достатньо великими, щоб перекосити електрони в подрібнені довгасті форми або овали. Ці висновки ще раз підтверджують давню теорію фізики, відому як Стандартна модель, яка описує, як поводяться частинки та сили у Всесвіті.
У той же час, це нове відкриття могло б перекинути кілька альтернативних теорій фізики, які намагаються заповнити пробіли про явища, які Стандартна модель не може пояснити. Це повертає деяких, ймовірно, дуже незадоволених фізиків назад до креслярської дошки, - сказав співавтор дослідження Девід Деміл, професор кафедри фізики Єльського університету, Нью-Хейвен, штат Коннектикут.
"Це, звичайно, нікого не зробить дуже щасливим", - заявив ДеМілл Live Science.
Добре перевірена теорія
Оскільки субатомні частинки ще не можна безпосередньо спостерігати, вчені дізнаються про об'єкти за допомогою непрямих доказів. Спостерігаючи за тим, що відбувається у вакуумі навколо негативно заряджених електронів, які, як вважають, кипляться хмарами ще небачених частинок - дослідники можуть створити моделі поведінки частинок, заявив Деміл.
Стандартна модель описує більшість взаємодій між усіма будівельними блоками речовини, а також сили, які діють на ці частинки. Десятиліттями ця теорія успішно прогнозувала, як поводиться матерія.
Однак є декілька вибагливих винятків із пояснювального успіху моделі. Стандартна модель не пояснює темну речовину, таємничу і невидиму субстанцію, яка здійснює гравітаційну тягу, але не випромінює світла. І ця модель не враховує гравітації поряд з іншими фундаментальними силами, які впливають на матерію, згідно з даними Європейської організації ядерних досліджень (CERN).
Альтернативні теорії фізики пропонують відповіді, коли стандартна модель не відповідає. Стандартна модель передбачає, що частинки, що оточують електрони, впливають на форму електрона, але в такому нескінченно малому масштабі, що в значній мірі неможливо виявити за допомогою існуючої технології. Але інші теорії натякають, що важкі частинки поки що не виявлені. Наприклад, надсиметрична стандартна модель свідчить про те, що кожна частинка в стандартній моделі має партнера антиматерії. Ці гіпотетичні важкі частинки деформувалимуть електрони до такої міри, яку дослідники повинні мати змогу спостерігати, вважають автори нового дослідження.
Освітлюючі електрони
Щоб перевірити ці прогнози, нові експерименти заглядали на електрони з роздільною здатністю в 10 разів більше, ніж попередні зусилля, виконані в 2014 році; обидва дослідження були проведені дослідницьким проектом «Розширений пошук моменту дипольного холодної молекули» (ACME).
Дослідники шукали невловимий (і недоведений) феномен, який називають електричним дипольним моментом, в якому сферична форма електрона виявляється деформованою - "пом'ятала на одному кінці і випиналася з іншого", пояснила Демілла - через важкі частинки, що впливають на заряд електрона.
Ці частинки були б "на багато, на порядок більше", ніж частинки, передбачені стандартною моделлю, "тому це дуже зрозумілий спосіб сказати, чи є щось нове поза стандартною моделлю", - сказав ДеМіл.
Для нового дослідження дослідники ACME направили пучок холодних молекул оксиду торію зі швидкістю 1 мільйон на імпульс, 50 разів на секунду, у відносно невелику камеру в підвалі Гарвардського університету. Вчені зачіпали молекули лазерами і вивчали світло, відбитий назад молекулами; вигини у світлі вказували б на електричний дипольний момент.
Але у відбитому світлі не було поворотів, і цей результат кидає темну тінь над теоріями фізики, які передбачили важкі частинки навколо електронів, вважають дослідники. Ці частинки все ще можуть існувати, але вони будуть сильно відрізнятися від того, як їх було описано в існуючих теоріях, - заявив Деміл у заяві.
"Наш результат говорить науковій спільноті, що нам потрібно серйозно переосмислити деякі альтернативні теорії", - сказав ДеМілл.
Темні відкриття
Хоча цей експеримент оцінював поведінку частинок навколо електронів, він також надає важливі наслідки для пошуку темної речовини, сказав Деміл. Як і субатомні частинки, темну речовину не можна безпосередньо спостерігати. Але астрофізики знають, що це там, тому що вони спостерігали його гравітаційний вплив на зірки, планети та світло.
"Подібно до нас, ми дивимося в серце, де багато теорій передбачили - давно і з дуже поважних причин - сигнал повинен з'явитися", - сказав ДеМілл. "І все ж вони нічого не бачать, і ми нічого не бачимо".
Як темна речовина, так і нові субатомні частинки, які не були передбачені стандартною моделлю, ще мають бути безпосередньо помічені; все ж, все більша кількість переконливих доказів говорить про те, що ці явища існують. Але перед тим, як вчені зможуть їх знайти, певні ідеї щодо того, як вони виглядають, ймовірно, потрібно буде сформувати, додав ДеМіл.
"Очікування щодо нових частинок все більше виглядають так, як вони помилялися", - сказав він.
Ці результати були опубліковані в Інтернеті сьогодні (17 жовтня) у журналі Nature.
