mätning visar elektronens envisa rundhet

elektroner är extremt runda, och vissa fysiker är inte nöjda med det.

ett nytt experiment fångade den mest detaljerade bilden av elektroner hittills, med hjälp av lasrar för att avslöja bevis på partiklar som omger partiklarna, rapporterade forskare i en ny studie. Genom att belysa molekyler kunde forskarna tolka hur andra subatomära partiklar förändrar fördelningen av en elektrons laddning.

elektronernas symmetriska rundhet föreslog att osynliga partiklar inte är tillräckligt stora för att skeva elektroner i squashed avlånga former eller ovaler. Dessa resultat bekräftar återigen en långvarig fysikteori, känd som standardmodellen, som beskriver hur partiklar och krafter i universum beter sig.

samtidigt kan denna nya upptäckt vända flera alternativa fysikteorier som försöker fylla i ämnena om fenomen som standardmodellen inte kan förklara. Detta skickar några förmodligen mycket missnöjda fysiker tillbaka till ritbordet, säger studie medförfattare David DeMille, professor vid Institutionen för fysik vid Yale University i New Haven, Connecticut.

” det kommer verkligen inte att göra någon väldigt glad”, berättade DeMille Live Science.

en vältestad teori

eftersom subatomära partiklar ännu inte kan observeras direkt, lär forskare om föremålen genom indirekta bevis. Genom att observera vad som händer i vakuumet kring negativt laddade elektroner-som tros svärma med moln av ännu osynliga partiklar – kan forskare skapa modeller av partikelbeteende, sa DeMille.

standardmodellen beskriver de flesta interaktioner mellan alla materiens byggstenar, liksom de krafter som verkar på dessa partiklar. I årtionden har denna teori framgångsrikt förutsagt hur materia beter sig.

det finns dock några nagande undantag från modellens förklarande framgång. Standardmodellen förklarar inte mörk materia, en mystisk och osynlig substans som utövar ett gravitationstryck, men avger inget ljus. Och modellen tar inte hänsyn till tyngdkraften tillsammans med de andra grundläggande krafterna som påverkar Materia, enligt European Organization for Nuclear Research (CERN).

alternativa fysikteorier erbjuder svar där standardmodellen misslyckas. Standardmodellen förutspår att partiklar som omger elektroner påverkar en elektrons form, men i en sådan oändlig skala att den är ganska odetekterbar med befintlig teknik. Men andra teorier antyder att det finns ännu oupptäckta tunga partiklar. Till exempel innebär den supersymmetriska standardmodellen att varje partikel i Standardmodellen har en antimatterpartner. De hypotetiska tungviktspartiklarna skulle deformera elektroner i en grad som forskare borde kunna observera, säger författarna till den nya studien.

belysande elektroner

för att testa dessa förutsägelser tittade nya experiment på elektroner med en upplösning 10 gånger större än tidigare ansträngningar, avslutade 2014; båda undersökningarna genomfördes av forskningsprojektet Advanced Cold Molecule Electron Electric dipol Moment Search (ACME).

forskarna sökte ett elusivt (och obevisat) fenomen som kallas det elektriska dipolmomentet, där en elektrons sfäriska form verkar deformerad—”bucklad i ena änden och utbuktad på den andra”, förklarade DeMille—på grund av tunga partiklar som påverkar elektronens laddning.

dessa partiklar skulle vara ” många, många storleksordningar större ”än partiklar som förutses av standardmodellen,” så det är ett mycket tydligt sätt att berätta om det finns något nytt som händer utöver standardmodellen, säger DeMille.

för den nya studien riktade ACME-forskare en stråle av kalla toriumoxidmolekyler med en hastighet av 1 miljon per puls, 50 gånger per sekund, in i en relativt liten kammare i en källare vid Harvard University. Forskarna zapped molekylerna med Lasrar och studerade ljuset reflekteras tillbaka av molekylerna; böjningar i ljuset skulle peka på ett elektriskt dipolmoment.

men det fanns inga vridningar i det reflekterade ljuset, och detta resultat kastar en mörk skugga över fysikteorierna som förutspådde tunga partiklar runt elektroner, sa forskarna. Dessa partiklar kan fortfarande existera, men de skulle vara väldigt annorlunda än hur de har beskrivits i befintliga teorier, sa DeMille i ett uttalande.

”vårt resultat berättar för det vetenskapliga samfundet att vi måste seriöst ompröva några av de alternativa teorierna”, sa DeMille.

mörka upptäckter

medan detta experiment utvärderade partikelbeteende kring elektroner, ger det också viktiga konsekvenser för sökandet efter mörk materia, sade DeMille. Liksom subatomära partiklar kan mörk materia inte observeras direkt. Men astrofysiker vet att det är där, för att de har observerat dess gravitationspåverkan på stjärnor, planeter och ljus.

”ungefär som oss, ser i hjärtat av där många teorier har förutsagt—under lång tid och av mycket goda skäl—en signal ska visas”, sa DeMille. ”Och ändå ser de ingenting, och vi ser ingenting.”

både mörk materia och nya subatomära partiklar som inte förutspåddes av standardmodellen är ännu inte direkt upptäckta; fortfarande tyder en växande mängd övertygande bevis på att dessa fenomen existerar. Men innan forskare kan hitta dem, kommer några långvariga tankar om hur de ser ut att behöva skrotas, tillade DeMille.

”förväntningarna på nya partiklar ser mer och mer ut som om de hade haft fel”, sa han.

resultaten publicerades online idag (oktober. 17) i tidskriften Nature.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.