Elektrony jsou naprosto kulaté a někteří fyzici s tím nejsou spokojeni.
Nový experiment zachytil dosud nejpodrobnější snímky elektronů. Vědci použili lasery k detekci důkazů o částicích obklopujících částice. Pomocí molekul osvětlení vědci pochopili, jak subatomické částice mění distribuci náboje elektronů.
Symetrický kruhový tvar elektronů naznačuje, že neviditelné částice nejsou dostatečně velké, aby změnili tvar elektronů na oválný. Výsledky studie potvrzují starou fyzikální teorii známou jako standardní model, která popisuje, jak se částice a síly ve vesmíru chovají.
Současně by nový objev mohl obrátit několik teorií alternativní fyziky, které se snaží najít chybějící informace o jevech, které standardní model nedokáže vysvětlit.
Protože subatomické částice nelze přímo pozorovat, vědci se o nich dozvědí prostřednictvím nepřímých důkazů. Sledováním toho, co se děje ve vakuu kolem negativně nabitých elektronů, o nichž se předpokládá, že jsou obklopeny mraky dosud neviditelných částic, mohou vědci vytvořit modely chování subatomů.
Standardní model popisuje interakce mezi všemi stavebními bloky hmoty a také síly, které působí na subatomární částice. Po celá desetiletí tato teorie úspěšně předpovídala, jak se bude hmota chovat.
Existuje však několik bodů, které model nemůže vysvětlit. Například temná hmota, tajemná a neviditelná látka, která je schopna přitáhnout gravitaci, ale nevyzařuje světlo. Model také nevysvětluje gravitaci ani jiné základní síly, které ovlivňují hmotu.
Alternativní fyzikální teorie nabízejí odpovědi, pokud standardní model selže. Standardní model předpovídá, že částice obklopující elektron ovlivňují jeho tvar, ale v takovém nekonečném měřítku, že je téměř nemožné detekovat pomocí stávající technologie.
Propagační video:
Ale jiné teorie tvrdí, že stále existují nezveřejněné těžké částice. Například supersymetrický standardní model uvádí, že každá částice ve standardním modelu má partnera antihmoty. Tyto hypotetické těžké částice mohou deformovat elektrony do bodu, který vědci vidí. Pro testování těchto předpovědí se nový experiment zaměřil na elektrony v desetinásobku rozlišení předchozího pokusu v roce 2014.
Vědci hledali nepolapitelný a neprokázaný jev nazývaný elektrický dipólový moment, ve kterém se zdá, že sférický tvar elektronu je zdeformovaný - „rozdrcený na jednom konci a vypouklý na druhém,“vysvětluje DeMille. Tato forma by měla být důsledkem vlivu těžkých částic na elektronový náboj.
Tyto částice by byly „mnoho, mnoho řádů silnější“než částice předpovídané standardním modelem, takže by to byl „přesvědčivý způsob, jak prokázat, zda se něco děje mimo vysvětlení standardního modelu,“říká DeMille.
Pro novou studii vědci použili paprsky studených molekul oxidu thoria v poměru 1 milion na puls 50 krát za sekundu v relativně malé komoře v suterénu Harvardovy univerzity. Vědci vypalovali lasery na molekuly a studovali, jak by se od nich odráželo světlo; lom světla by znamenal elektrický dipólový moment.
Ale v odraženém světle nedošlo k žádnému zkreslení a tento výsledek zpochybňuje fyzikální teorie, které předpovídají těžké částice rojení kolem elektronů. Tyto částice se mohou vyskytovat, ale pravděpodobně se budou lišit od toho, co je popsáno ve stávajících teoriích.
"Náš výsledek říká vědecké komunitě, aby vážně přehodnotila alternativní teorie," říká DeMille.
Zatímco experiment vyhodnotil chování částic kolem elektronů, poskytl také důležité poznatky pro hledání temné hmoty. Stejně jako subatomické částice nelze tmavou hmotu přímo pozorovat. Ale astrofyzici vědí, že existuje, protože pozorovali jeho gravitační vliv na hvězdy, planety a světlo.
"Stejně jako my, astrofyzici hledají, kde mnoho teorií předpovídalo signál," říká DeMille. "A zatímco oni nic nevidí a my nic nevidíme."
Jak tmavá hmota, tak nové subatomické částice, které standardní model nepředpokládal, zůstávají přímo vidět; přesto rostoucí počet přesvědčivých důkazů naznačuje, že tyto jevy existují. Ale než je vědci najdou, pravděpodobně stojí za to zahodit některé staré teorie.
"Předpovědi o tom, jak subatomové částice vypadají, vypadají stále nepravděpodobněji," říká DeMille.