Elektroni ir absolūti apaļi, un daži fiziķi to neapmierina.
Jaunajā eksperimentā tika uzņemti visdetalizētākie elektronu attēli līdz šim. Zinātnieki ir izmantojuši lāzerus, lai atklātu daļiņu apkārtnes pazīmes. Apgaismojot molekulas, pētnieki varēja saprast, kā subatomiskās daļiņas maina elektronu lādiņa sadalījumu.
Elektronu simetriskā apļveida forma liek domāt, ka neredzamās daļiņas nav pietiekami lielas, lai mainītu elektronu formu uz ovālu. Pētījuma rezultāti vēlreiz apstiprina veco fizisko teoriju, kas pazīstama kā standarta modelis, kas apraksta, kā uzvedas Visuma daļiņas un spēki.
Un tajā pašā laikā jaunais atklājums varētu pārvērst vairākas alternatīvās fizikas teorijas, kas mēģina atrast trūkstošo informāciju par parādībām, kuras standarta modelis nespēj izskaidrot.
Tā kā subatomiskās daļiņas nevar tieši novērot, zinātnieki par tām uzzina, izmantojot netiešu pierādījumu. Novērojot, kas notiek vakuumā ap negatīvi lādētiem elektroniem, kurus, domājams, ieskauj vēl neredzamu daļiņu mākoņi, pētnieki var radīt modeļus subatomu uzvedībai.
Standarta modelis apraksta mijiedarbību starp visiem matērijas pamatakmeņiem, kā arī spēkiem, kas iedarbojas uz subatomiskajām daļiņām. Gadu desmitiem šī teorija ir veiksmīgi paredzējusi, kā matērija izturēsies.
Tomēr ir vairāki punkti, kurus modelis nespēj izskaidrot. Piemēram, tumšā matērija, noslēpumaina un neredzama viela, kas spēj piesaistīt gravitāciju, bet neizstaro gaismu. Arī modelis neizskaidro gravitācijas spēkus, kā arī citus pamata spēkus, kas ietekmē matēriju.
Alternatīvās fizikas teorijas piedāvā atbildes gadījumos, kad standarta modelis neizdodas. Standarta modelis paredz, ka daļiņas, kas ieskauj elektronu, ietekmē tā formu, taču tādā bezgalīgā mērogā, ka to ir gandrīz neiespējami noteikt, izmantojot esošo tehnoloģiju.
Reklāmas video:
Bet citas teorijas apgalvo, ka joprojām pastāv neatklātas smagas daļiņas. Piemēram, supersimetriskajā standarta modelī teikts, ka katrai standarta modeļa daļiņai ir partneris ar antimatēriju. Šīs hipotētiskās smagās daļiņas var deformēt elektronus līdz vietai, ko pētnieki var redzēt. Lai pārbaudītu šīs prognozes, jaunajā eksperimentā elektroni tika apskatīti 10 reizes lielāku izšķirtspēju nekā iepriekšējais mēģinājums 2014. gadā.
Pētnieki meklēja nenotveramu un nepierādītu parādību, ko sauc par elektriskā dipola momentu, kurā elektrona sfēriskā forma šķiet deformēta - “vienā galā saspiesta un otrā izliekta”, skaidro DeMille. Šai formai vajadzētu būt smago daļiņu ietekmes uz elektronu lādiņu sekām.
Šīs daļiņas būtu “daudz, daudzu pakāpi spēcīgākas” nekā daļiņas, kuras prognozēja standarta modelis, tāpēc tas būtu “pārliecinošs veids, kā pierādīt, vai kaut kas notiek ārpus standarta modeļa skaidrojumiem”, saka DeMille.
Jaunajā pētījumā pētnieki salīdzinoši nelielā kamerā Hārvardas universitātes pagrabā izmantoja aukstu torija oksīda molekulu staru ar ātrumu 1 miljons uz impulsu 50 reizes sekundē. Zinātnieki izšāva lāzerus molekulās un pētīja, kā no tām atstarosies gaisma; refrakcija gaismā norādītu uz elektriskā dipola momentu.
Bet atstarotajā gaismā nebija nekādu izkropļojumu, un šis rezultāts liek apšaubīt fizikālās teorijas, kas paredz, ka ap elektroniem spiežas smagas daļiņas. Šīs daļiņas var pastāvēt, bet, iespējams, atšķirsies no tām, kas aprakstītas esošajās teorijās.
“Mūsu rezultāts liek zinātnieku aprindām nopietni pārdomāt alternatīvās teorijas,” saka DeMille.
Kamēr eksperiments novērtēja daļiņu izturēšanos ap elektroniem, tas sniedza arī svarīgu ieskatu tumšās vielas meklējumos. Tāpat kā subatomiskās daļiņas, tumšo vielu nevar tieši novērot. Bet astrofiziķi zina, ka tā pastāv, jo viņi ir novērojuši tās gravitācijas ietekmi uz zvaigznēm, planētām un gaismu.
"Līdzīgi kā mēs, astrofiziķi skatās tur, kur daudzas teorijas ir paredzējušas signālu," saka DeMille. "Un kamēr viņi neko neredz, un mēs neko neredzam."
Gan tumšā matērija, gan jaunās subatomiskās daļiņas, kuras standarta modelis neparedzēja, joprojām ir redzamas tieši; tomēr pieaugošais pārliecinošo pierādījumu kopums liek domāt, ka šīs parādības pastāv. Bet pirms zinātnieki tos atrod, iespējams, ir vērts atmest dažas vecās teorijas.
"Prognozes par to, kā izskatās subatomiskās daļiņas, izskatās arvien neticamākas," saka DeMille.
