Elektroni su apsolutno okrugli i neki fizičari nisu zadovoljni time.
Novi eksperiment snimio je do danas najcrnjenije slike elektrona. Znanstvenici su koristili lasere za otkrivanje dokaza o česticama koje okružuju čestice. Osvjetljavanjem molekula istraživači su mogli razumjeti kako subatomske čestice mijenjaju raspodjelu naboja elektrona.
Simetrični kružni oblik elektrona sugerira da nevidljive čestice nisu dovoljno velike da bi oblik elektrona promijenile u ovalni. Rezultati studije iznova potvrđuju staru fizičku teoriju poznatu kao Standard Model koja opisuje kako se ponašaju čestice i sile u svemiru.
Istovremeno bi novo otkriće moglo okrenuti nekoliko teorija alternativne fizike koje pokušavaju pronaći nedostajuće podatke o pojavama koje Standardni model ne može objasniti.
Budući da se subatomske čestice ne mogu izravno promatrati, znanstvenici o njima saznaju posrednim dokazima. Promatrajući ono što se događa u vakuumu oko negativno nabijenih elektrona za koje se vjeruje da su okruženi oblacima još nevidljivih čestica, istraživači mogu stvoriti modele ponašanja subatoma.
Standardni model opisuje interakcije između svih građevnih blokova materije, kao i sile koje djeluju na subatomske čestice. Desetljećima je ova teorija uspješno predviđala kako će se tvar ponašati.
No, nekoliko je točaka koje model ne može objasniti. Na primjer, tamna tvar, tajanstvena i nevidljiva tvar koja je sposobna gravitacijskog privlačenja, ali ne emitira svjetlost. Također, model ne objašnjava gravitaciju, kao ni druge temeljne sile koje utječu na materiju.
Alternativna teorija fizike nudi odgovore gdje standardni model ne uspije. Standardni model predviđa da čestice koje okružuju elektron utječu na njegov oblik, ali na tako beskonačnoj minimalnoj ljestvici da je gotovo nemoguće otkriti postojećom tehnologijom.
Promotivni video:
Ali druge teorije kažu da još uvijek postoje neotkrivene teške čestice. Na primjer, supersimetrični standardni model kaže da svaka čestica u standardnom modelu ima partnera za antimateriju. Te hipotetičke teške čestice mogu deformirati elektrone do točke koju istraživači mogu vidjeti. Kako bi testirao ta predviđanja, novi pokus je gledao na elektrone 10 puta veće od rezolucije iz prethodnog pokušaja 2014. godine.
Istraživači su tražili neuhvatljiv i nedokazan fenomen nazvan električni dipolni trenutak, u kojem se čini da se sferični oblik elektrona deformira - "zdrobljen na jednom kraju i konveksan na drugom", objašnjava DeMille. Ovaj oblik trebao bi biti posljedica utjecaja teških čestica na naboj elektrona.
Te čestice bile bi "mnogo, mnogo reda jače" od čestica predviđenih standardnim modelom, pa bi to bio "uvjerljiv način da se dokaže da li se nešto događa izvan objašnjenja Standardnog modela", kaže DeMille.
Za novu studiju, istraživači su koristili zrake molekula hladnog torijevog oksida brzinom od milijun po impulsu 50 puta u sekundi u relativno maloj komori u podrumu Sveučilišta Harvard. Znanstvenici su ispaljivali lasere na molekule i proučavali kako se svjetlost odbija od njih; lom svjetlosti ukazivao bi na električni dipolni trenutak.
Ali nije bilo izobličenja u reflektiranoj svjetlosti, a ovaj rezultat dovodi u sumnju fizičke teorije koje predviđaju da teške čestice zavijaju oko elektrona. Te čestice mogu postojati, ali vjerojatno će se razlikovati od opisanih u postojećim teorijama.
"Naš rezultat govori znanstvenoj zajednici da ozbiljno preispita alternativne teorije", kaže DeMille.
Dok je eksperiment ocjenjivao ponašanje čestica oko elektrona, dao je i važan uvid u potragu za tamnom materijom. Poput subatomskih čestica, tamnu materiju nije moguće promatrati izravno. Ali astrofizičari znaju da postoji jer su primijetili njezin gravitacijski utjecaj na zvijezde, planete i svjetlost.
"Kao i mi, astrofizičari gledaju tamo gdje su mnoge teorije predvidjele signal", kaže DeMille. "I dok oni ništa ne vide, a mi ništa ne vidimo."
I tamna tvar i nove subatomske čestice koje Standardni model nije predvidio ostaje da se vide izravno; ali sve veći broj uvjerljivih dokaza upućuje na to da ti fenomeni postoje. No prije no što ih znanstvenici pronađu, vjerojatno je vrijedno odbaciti neke stare teorije.
"Predviđanja o tome kako izgledaju subatomske čestice izgledaju sve vjerojatnije", kaže DeMille.