Elektróny sú extrémne okrúhle a niektorí fyzici z toho nemajú radosť.
Nový experiment zachytil doteraz najpodrobnejší pohľad na elektróny, pomocou laserov odhalil dôkazy častíc obklopujúcich častice, uviedli vedci v novej štúdii. Osvetľovaním molekúl vedci dokázali interpretovať, ako iné subatomické častice menia distribúciu náboja elektrónu.
Symetrická zaoblenie elektrónov naznačuje, že neviditeľné častice nie sú dosť veľké na to, aby elektróny zošikmili do stlačených podlhovastých tvarov alebo oválov. Tieto nálezy opäť potvrdzujú dlhoročnú fyzickú teóriu, známu ako štandardný model, ktorá opisuje, ako sa častice a sily vo vesmíre správajú.
Súčasne by tento nový objav mohol zvrátiť niekoľko alternatívnych teórií fyziky, ktoré sa snažia vyplniť medzery o javoch, ktoré nedokáže štandardný model vysvetliť. To vysiela niektorých pravdepodobne veľmi nespokojných fyzikov späť na rysovaciu dosku, uviedol spoluautor štúdie David DeMille, profesor Katedry fyziky na Yale University v New Haven, Connecticut.
„Určite to nikoho nezmení,“ povedal DeMille pre Live Science.
Osvedčená teória
Pretože subatomické častice ešte nie je možné priamo pozorovať, vedci sa o objektoch dozvedajú prostredníctvom nepriamych dôkazov. Vedci môžu pozorovať, čo sa deje vo vákuu okolo záporne nabitých elektrónov - o ktorých sa predpokladá, že sa rojia oblakmi doteraz neznámych častíc - vedci môžu vytvoriť modely správania sa častíc, uviedla DeMille.
Štandardný model popisuje väčšinu interakcií medzi všetkými stavebnými kameňmi hmoty, ako aj sily, ktoré pôsobia na tieto častice. Táto teória už desaťročia úspešne predpovedala, ako sa hmota správa.
Existuje však niekoľko nepríjemných výnimiek z vysvetľujúceho úspechu modelu. Štandardný model nevysvetľuje temnú hmotu, záhadnú a neviditeľnú látku, ktorá pôsobí gravitačným ťahom, ale nevydáva žiadne svetlo. Podľa Európskej organizácie pre jadrový výskum (CERN) tento model nezohľadňuje gravitáciu spolu s ostatnými základnými silami, ktoré ovplyvňujú záležitosť.
Alternatívne teórie fyziky ponúkajú odpovede, keď štandardný model zaostáva. Štandardný model predpovedá, že častice obklopujúce elektróny ovplyvňujú tvar elektrónu, ale v takom nekonečnom rozsahu, ktorý je pomocou existujúcej technológie do značnej miery nedetegovateľný. Iné teórie však poukazujú na to, že existujú ešte neobjavené ťažké častice. Napríklad supersymetrický štandardný model predpokladá, že každá častica v štandardnom modeli má partnera antihmoty. Tieto hypotetické častice s vysokou hmotnosťou by deformovali elektróny do tej miery, ktorú by vedci mali byť schopní pozorovať, uviedli autori novej štúdie.
Osvetľovacie elektróny
Na testovanie týchto predpovedí sa nové experimenty zameriavali na elektróny v rozlíšení 10-krát väčšom ako predchádzajúce snahy, ktoré boli ukončené v roku 2014; obe vyšetrovania sa uskutočnili výskumným projektom Advanced Cold Molecule Electron Electric Dipole Moment Search (ACME).
Vedci hľadali nepolapiteľný (a nepreukázaný) jav nazývaný elektrický dipólový moment, v ktorom sa sférický tvar elektrónu javí zdeformovaný - „pretrhnutý na jednom konci a vypuklý na druhom,“ vysvetlila DeMille - kvôli silným časticiam ovplyvňujúcim elektrónový náboj.
Tieto častice by boli „o mnoho, veľa rádov väčšie“ ako častice predpovedané štandardným modelom, „takže je to veľmi jasný spôsob, ako zistiť, či sa za štandardným modelom deje niečo nové,“ uviedla DeMille.
V rámci novej štúdie vedci ACME nasmerovali lúč studených molekúl oxidu tória o rýchlosti 1 milión na pulz, 50 krát za sekundu, do relatívne malej komory v suteréne na Harvardskej univerzite. Vedci zaplnili molekuly pomocou laserov a študovali svetlo odrážané späť molekulami; Ohyby vo svetle by ukazovali na elektrický dipólový moment.
V odrazenom svetle však neboli žiadne zvraty a tento výsledok vrhá temný tieň na fyzikálne teórie, ktoré predpovedajú ťažké častice okolo elektrónov, uviedli vedci. Tieto častice môžu stále existovať, ale boli by veľmi odlišné od toho, ako boli opísané v existujúcich teóriách, uviedla vo vyhlásení DeMille.
„Náš výsledok hovorí vedeckej komunite, že musíme vážne premyslieť niektoré z alternatívnych teórií,“ uviedla DeMille.
Temné objavy
Aj keď tento experiment hodnotil chovanie častíc okolo elektrónov, poskytuje tiež dôležité dôsledky pre hľadanie temnej hmoty, uviedla DeMille. Podobne ako subatomárne častice, tmavá hmota nemôže byť priamo pozorovaná. Ale astrofyzici vedia, že je tam, pretože pozorovali jeho gravitačný dopad na hviezdy, planéty a svetlo.
„Podobne ako my, aj v srdci, kde veľa teórií predpovedalo - z dlhodobého hľadiska az veľmi dobrých dôvodov -, by sa mal objaviť signál,“ uviedla DeMille. "A predsa nič nevidia a nič nevidíme."
Temná hmota, ako aj nové subatomické častice, ktoré neboli predpovedané štandardným modelom, sa ešte musia priamo zachytiť; stále rastúci počet presvedčivých dôkazov naznačuje, že tieto javy existujú. Predtým, ako ich vedci nájdu, bude pravdepodobne potrebné zošrotovať niektoré dlhotrvajúce predstavy o tom, ako vyzerajú, dodala DeMille.
„Očakávania týkajúce sa nových častíc vyzerajú stále viac, akoby sa mýlili,“ povedal.
Zistenia boli zverejnené online dnes (17. októbra) v časopise Nature.
