měření ukazuje tvrdohlavou kulatost elektronu

elektrony jsou extrémně kulaté a někteří fyzici z toho nejsou potěšeni.

nový experiment zachytil dosud nejpodrobnější pohled na elektrony pomocí laserů k odhalení důkazů o částicích obklopujících částice, uvedli vědci v nové studii. Osvětlením molekul byli vědci schopni interpretovat, jak jiné subatomární částice mění distribuci náboje elektronu.

symetrická kulatost elektronů naznačuje, že neviditelné částice nejsou dostatečně velké, aby zkosily elektrony do stlačených podlouhlých tvarů nebo oválů. Tato zjištění opět potvrzují dlouhodobou fyzikální teorii známou jako standardní Model, která popisuje, jak se částice a síly ve vesmíru chovají.

současně by tento nový objev mohl převrátit několik alternativních fyzikálních teorií, které se pokoušejí vyplnit mezery o jevech, které standardní Model nedokáže vysvětlit. To posílá některé pravděpodobně velmi nespokojené fyziky zpět na rýsovací prkno, uvedl spoluautor studie David DeMille, profesor na Katedře fyziky na Yale University v New Havenu v Connecticutu.

„rozhodně to nikomu neudělá velkou radost,“ řekl DeMille živé vědě.

osvědčená teorie

protože subatomární částice ještě nelze přímo pozorovat, vědci se o objektech dozvědí prostřednictvím nepřímých důkazů. Pozorováním toho, co se děje ve vakuu kolem negativně nabitých elektronů-o nichž se předpokládá, že se hemží mraky dosud neviditelných částic-mohou vědci vytvořit modely chování částic, řekl DeMille.

standardní Model popisuje většinu interakcí mezi všemi stavebními kameny hmoty, stejně jako síly, které působí na tyto částice. Po celá desetiletí tato teorie úspěšně předpovídala, jak se hmota chová.

existuje však několik nepříjemných výjimek z vysvětlujícího úspěchu modelu. Standardní Model nevysvětluje temnou hmotu, tajemnou a neviditelnou látku, která působí gravitačním tahem, ale nevyzařuje žádné světlo. A model podle Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN) nezohledňuje gravitaci spolu s dalšími základními silami, které ovlivňují hmotu.

alternativní teorie fyziky nabízejí odpovědi tam, kde standardní Model nedosahuje. Standardní Model předpovídá, že částice obklopující elektrony ovlivňují tvar elektronu, ale v tak nekonečném měřítku, že jsou pomocí stávající technologie téměř nezjistitelné. Jiné teorie však naznačují, že existují dosud neobjevené těžké částice. Například Supersymetrický standardní Model předpokládá, že každá částice ve standardním modelu má partnera antihmoty. Tyto hypotetické těžké částice by deformovaly elektrony do té míry, že by vědci měli být schopni pozorovat, uvedli autoři nové studie.

osvětlující elektrony

pro testování těchto předpovědí byly nové experimenty zkoumány na elektrony v rozlišení 10krát větším než předchozí úsilí, dokončené v roce 2014; obě výzkumy byly provedeny výzkumným projektem Advanced Cold Molecule Electron Electric Dipole Moment Search (ACME).

vědci hledali nepolapitelný (a neprokázaný) jev zvaný elektrický dipólový moment, ve kterém se sférický tvar elektronu jeví jako deformovaný—“promáčknutý na jednom konci a vyboulený na druhém,“ vysvětlil DeMille—kvůli těžkým částicím ovlivňujícím náboj elektronu.

tyto částice by byly „o mnoho, mnoho řádů větší“ než částice předpovídané standardním modelem, „takže je to velmi jasný způsob, jak zjistit, zda se něco nového děje mimo standardní Model,“ řekl DeMille.

pro novou studii vědci ACME nasměrovali paprsek studených molekul oxidu thoria rychlostí 1 milion na puls, 50krát za sekundu, do relativně malé komory v suterénu na Harvardské univerzitě. Vědci zapped molekuly s lasery a studoval světlo odražené zpět molekulami; ohyby ve světle by ukazovaly na elektrický dipólový moment.

ale v odraženém světle nebyly žádné zvraty a tento výsledek vrhá temný stín na fyzikální teorie, které předpovídaly těžké částice kolem elektronů, uvedli vědci. Tyto částice mohou stále existovat,ale byly by velmi odlišné od toho, jak byly popsány ve stávajících teoriích, uvedl DeMille ve svém prohlášení.

„náš výsledek říká vědecké komunitě, že musíme vážně přehodnotit některé alternativní teorie,“ řekl DeMille.

temné objevy

zatímco tento experiment hodnotil chování částic kolem elektronů, poskytuje také důležité důsledky pro hledání temné hmoty, řekl DeMille. Stejně jako subatomární částice nelze temnou hmotu přímo pozorovat. Ale astrofyzikové vědí, že tam je, protože pozorovali jeho gravitační dopad na hvězdy, planety a světlo.

„podobně jako my hledáme v srdci, kde mnoho teorií předpovídá—po dlouhou dobu a z velmi dobrých důvodů-signál,“ řekl DeMille. „A přesto nic nevidí a my nic nevidíme.““

jak temná hmota, tak nové subatomární částice, které nebyly předpovězeny standardním modelem, musí být ještě přímo spatřeny; stále rostoucí množství přesvědčivých důkazů naznačuje, že tyto jevy existují. Ale než je vědci najdou, některé dlouhodobé představy o tom, jak vypadají, bude pravděpodobně nutné zrušit, dodal DeMille.

„očekávání ohledně nových částic vypadají stále více, jako by se mýlily,“ řekl.

zjištění byla zveřejněna online dnes (Říjen. 17) v časopise Nature.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.