mittaus osoittaa elektronin itsepäisen pyöreyden

elektronit ovat äärimmäisen pyöreitä, eivätkä jotkut fyysikot ole siitä mielissään.

uudessa kokeessa saatiin tähänastisista elektroneista tarkin kuva, jossa laserit paljastivat todisteita hiukkasia ympäröivistä hiukkasista, tutkijat kertoivat uudessa tutkimuksessa. Valaisemalla molekyylejä tutkijat pystyivät tulkitsemaan, miten muut subatomiset hiukkaset muuttavat elektronin varauksen jakautumista.

elektronien symmetrinen pyöreys viittasi siihen, että näkymättömät hiukkaset eivät ole tarpeeksi suuria vääristämään elektroneja litistyneiksi pitkulaisiksi muodoiksi eli soikeiksi. Nämä havainnot vahvistavat jälleen kerran vakiomallina tunnetun pitkäaikaisen fysiikan teorian, joka kuvaa, miten hiukkaset ja voimat maailmankaikkeudessa käyttäytyvät.

samalla tämä uusi löytö voisi kumota useita vaihtoehtoisia fysiikan teorioita, jotka yrittävät täyttää tyhjät kohdat ilmiöistä, joita standardimalli ei pysty selittämään. Tämä lähettää joitakin todennäköisesti hyvin tyytymättömiä fyysikoita takaisin piirustuspöydälle, sanoi tutkimuksen toinen kirjoittaja David DeMille, professori Yalen yliopiston fysiikan laitokselta New Havenista Connecticutista.

”se ei varmasti tee ketään kovin onnelliseksi”, DeMille kertoi Live Sciencelle.

hyvin testattu teoria

koska subatomisia hiukkasia ei voi vielä suoraan havaita, tutkijat saavat tietoa kohteista epäsuoran todistusaineiston avulla. Havainnoimalla, mitä tapahtuu tyhjiössä negatiivisesti varautuneiden elektronien ympärillä—joiden ajatellaan kuhisevan pilviä toistaiseksi näkymättömiä hiukkasia-tutkijat voivat luoda malleja hiukkasten käyttäytymisestä, DeMille sanoi.

standardimalli kuvaa suurinta osaa aineen kaikkien rakenneosien välisistä vuorovaikutuksista sekä näihin hiukkasiin vaikuttavia voimia. Vuosikymmenten ajan tämä teoria on onnistuneesti ennustanut, miten aine käyttäytyy.

mallin selittävästä menestyksestä on kuitenkin muutamia nalkuttavia poikkeuksia. Standardimalli ei selitä pimeää ainetta, salaperäistä ja näkymätöntä ainetta, joka vetää painovoimaa, mutta ei säteile valoa. Eikä malli ota huomioon painovoimaa muiden Materiaan vaikuttavien perusvoimien rinnalla, arvioi Euroopan Ydintutkimusjärjestö CERN.

Vaihtoehtofysiikan teoriat tarjoavat vastauksia, joissa standardimalli jää vajaaksi. Standardimalli ennustaa, että elektroneja ympäröivät hiukkaset vaikuttavat elektronin muotoon, mutta niin äärettömän suuressa mittakaavassa, että ne ovat melko huomaamattomia olemassa olevan teknologian avulla. Mutta toiset teoriat viittaavat siihen, että on olemassa vielä tutkimattomia raskaita hiukkasia. Esimerkiksi Supersymmetrinen standardimalli esittää, että jokaisella standardimallin hiukkasella on antimateriakumppani. Nämä hypoteettiset raskassarjaiset hiukkaset vääristäisivät elektroneja siinä määrin, että tutkijoiden pitäisi pystyä havainnoimaan, uuden tutkimuksen tekijät sanoivat.

valaisevat elektronit

näiden ennusteiden testaamiseksi uudet kokeet tarkastelivat elektroneja 10 kertaa suuremmalla resoluutiolla kuin aiemmat, vuonna 2014 valmistuneet kokeet; molemmat tutkimukset suoritti tutkimushanke Advanced Cold Molecule Electron Electric Dipole Moment Search (ACME).

tutkijat etsivät vaikeasti havaittavaa (ja todistamatonta) ilmiötä nimeltä sähköinen dipolimomentti, jossa elektronin pallomainen muoto näyttää epämuodostuneelta—”lommolta toisessa päässä ja pullistuneelta toisessa päässä”, DeMille selitti—elektronin varaukseen vaikuttavien raskaiden hiukkasten vuoksi.

nämä hiukkaset olisivat ”monta, monta suuruusluokkaa suurempia ”kuin standardimallin ennustamat hiukkaset,” joten se on hyvin selkeä tapa kertoa, onko jotain uutta tapahtumassa standardimallin ulkopuolella”, DeMille sanoi.

uutta tutkimusta varten ACME: n tutkijat ohjasivat kylmän toriumoksidimolekyylin säteen, jonka nopeus oli miljoona pulssia kohti, 50 kertaa sekunnissa, suhteellisen pieneen kammioon Harvardin yliopiston kellarissa. Tutkijat tutkivatmolekyylejä lasereilla ja tutkivat molekyylien takaisin heijastamaa valoa; mutkat valossa viittaisivat sähköiseen dipolimomenttiin.

mutta heijastuneessa valossa ei ollut käänteitä, ja tämä tulos heittää synkän varjon niiden fysiikan teorioiden ylle, jotka ennustivat raskaita hiukkasia elektronien ympärillä, tutkijat sanoivat. Ne hiukkaset voivat olla yhä olemassa, mutta ne olisivat hyvin erilaisia kuin miten ne on kuvattu olemassa olevissa teorioissa, DeMille sanoi lausunnossaan.

”tuloksemme kertoo tiedeyhteisölle, että meidän on vakavasti harkittava uudelleen joitakin vaihtoehtoisia teorioita”, DeMille sanoi.

pimeät löydöt

vaikka tässä kokeessa arvioitiin hiukkasten käyttäytymistä elektronien ympärillä, sillä on myös merkittäviä vaikutuksia pimeän aineen etsintään, DeMille sanoi. Kuten subatomisia hiukkasia, pimeää ainetta ei voi suoraan havaita. Mutta astrofyysikot tietävät sen olevan olemassa, koska he ovat havainneet sen gravitaatiovaikutuksen tähtiin, planeettoihin ja valoon.

”aivan kuten mekin, katsomme sydämeen, jossa monet teoriat ovat ennustaneet—pitkään ja erittäin hyvistä syistä—signaalin pitäisi näkyä”, DeMille sanoi. ”Silti he eivät näe mitään, emmekä me näe mitään.”

sekä pimeää ainetta että uusia subatomisia hiukkasia, joita standardimalli ei ennustanut, ei ole vielä suoraan havaittavissa; silti kasvava joukko pakottavia todisteita viittaa siihen, että nämä ilmiöt ovat olemassa. Mutta ennen kuin tutkijat voivat löytää heidät, jotkut pitkäaikaiset ajatukset siitä, miltä he näyttävät, täytyy luultavasti romuttaa, DeMille lisäsi.

”odotukset uusista hiukkasista näyttävät yhä enemmän siltä, että ne olisivat olleet väärässä”, hän sanoi.

tulokset julkaistiin verkossa tänään (loka. 17) Nature-lehdessä.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.