meting toont de koppige rondheid

elektronen zijn extreem rond, en sommige natuurkundigen zijn er niet blij mee.

een nieuw experiment legde het meest gedetailleerde beeld van elektronen tot nu toe vast, met behulp van lasers om bewijs van deeltjes rond de deeltjes te onthullen, rapporteerden onderzoekers in een nieuwe studie. Door moleculen op te lichten, konden de wetenschappers interpreteren hoe andere subatomaire deeltjes de verdeling van de lading van een elektron veranderen.

de symmetrische rondheid van de elektronen suggereerde dat onzichtbare deeltjes niet groot genoeg zijn om elektronen te scheef te trekken in geplet langwerpige vormen, of ovalen. Deze bevindingen bevestigen opnieuw een al lang bestaande natuurkundige theorie, bekend als het standaardmodel, die beschrijft hoe deeltjes en krachten in het universum zich gedragen.

tegelijkertijd zou deze nieuwe ontdekking verschillende alternatieve natuurkundetheorieën kunnen omverwerpen die proberen de leemtes over fenomenen op te vullen die het standaardmodel niet kan verklaren. Dit stuurt een aantal waarschijnlijk zeer ontevreden natuurkundigen terug naar de tekentafel, zei studie coauteur David DeMille, een professor met de Afdeling Natuurkunde aan de Yale University in New Haven, Connecticut.”It’ s sessely not gonna make anyone very happy”, vertelde DeMille aan Live Science.

een goed geteste theorie

omdat subatomaire deeltjes nog niet direct kunnen worden waargenomen, leren wetenschappers over de objecten door middel van indirect bewijs. Door te observeren wat er gebeurt in het vacuüm rond negatief geladen elektronen—waarvan wordt gedacht dat het krioelt van wolken van nog niet vertoonde deeltjes-kunnen onderzoekers modellen van deeltjesgedrag creëren, zei DeMille.

het standaardmodel beschrijft de meeste interacties tussen alle bouwstenen van de materie, evenals de krachten die op die deeltjes inwerken. Decennia lang heeft deze theorie met succes voorspeld hoe materie zich gedraagt.

er zijn echter enkele zeurende uitzonderingen op het verklarende succes van het model. Het standaardmodel verklaart donkere materie niet, een mysterieuze en onzichtbare substantie die een aantrekkingskracht uitoefent, maar toch geen licht uitstraalt. En het model houdt geen rekening met zwaartekracht naast de andere fundamentele krachten die de materie beïnvloeden, aldus de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN).

alternatieve natuurkundetheorieën bieden antwoorden waar het standaardmodel tekortschiet. Het standaardmodel voorspelt dat deeltjes rond elektronen de vorm van een elektron beïnvloeden, maar op zo ‘ n infinitesimale schaal dat ze vrijwel niet op te sporen zijn met behulp van bestaande technologie. Maar andere theorieën suggereren dat er nog onontdekte zware deeltjes zijn. Het supersymmetrische standaardmodel stelt bijvoorbeeld dat elk deeltje in het standaardmodel een antimateriepartner heeft. Die hypothetische zwaargewicht deeltjes zouden elektronen vervormen in een mate die onderzoekers moeten kunnen observeren, de auteurs van de nieuwe studie zei.

verlichtende elektronen

om deze voorspellingen te testen, keken nieuwe experimenten naar elektronen met een resolutie die 10 keer groter was dan eerdere inspanningen, voltooid in 2014; beide onderzoeken werden uitgevoerd door het onderzoeksproject Advanced Cold Molecule Electron Electric Dipole Moment Search (ACME).De onderzoekers zochten naar een ongrijpbaar (en onbewezen) fenomeen dat het elektrische dipoolmoment wordt genoemd, waarbij de bolvorm van een elektron vervormd lijkt—”gedeukt aan de ene kant en opgezwollen aan de andere kant,” legde DeMille uit—vanwege zware deeltjes die de lading van het elektron beà nvloeden.

deze deeltjes zouden “vele, vele ordes van grootte groter” zijn dan deeltjes voorspeld door het standaardmodel, ” dus het is een zeer duidelijke manier om te zien of er iets nieuws gebeurt buiten het standaardmodel,” zei DeMille.Voor de nieuwe studie stuurden ACME-onderzoekers een bundel koude thoriumoxidemoleculen met een snelheid van 1 miljoen per puls, 50 keer per seconde, naar een relatief kleine kamer in een kelder van de Harvard-Universiteit. De wetenschappers zapten de moleculen met lasers en bestudeerden het licht weerkaatst door de moleculen; bochten in het licht zouden wijzen op een elektrisch dipoolmoment.

maar er waren geen wendingen in het gereflecteerde licht, en dit resultaat werpt een donkere schaduw over de natuurkundige theorieën die zware deeltjes rond elektronen voorspelden, zeiden de onderzoekers. Die deeltjes kunnen nog steeds bestaan, maar ze zouden heel anders zijn dan hoe ze zijn beschreven in bestaande theorieën, DeMille zei in een verklaring.”Our result tells the scientific community that we need to seriously rethink some of the alternative theories,” zei DeMille. Hoewel dit experiment het gedrag van deeltjes rond elektronen evalueerde, biedt het ook belangrijke implicaties voor de zoektocht naar donkere materie, zei DeMille. Net als subatomaire deeltjes, kan donkere materie niet direct worden waargenomen. Maar astrofysici weten dat het er is, omdat ze de gravitationele impact op Sterren, planeten en licht hebben waargenomen.”Net als wij, kijken we in het hart van waar veel theorieën hebben voorspeld—voor een lange tijd en om zeer goede redenen—een signaal zou moeten verschijnen,” zei DeMille. “En toch zien zij niets, en wij zien niets.”

zowel donkere materie als nieuwe subatomaire deeltjes die niet door het standaardmodel werden voorspeld, moeten nog direct worden opgemerkt; een groeiende hoeveelheid overtuigend bewijs suggereert dat deze verschijnselen wel bestaan. Maar voordat wetenschappers ze kunnen vinden, zullen sommige oude ideeën over hoe ze eruit zien waarschijnlijk moeten worden geschrapt, DeMille toegevoegd.”Expectations about new particles are looking more and more like they had been wrong,” zei hij.

de bevindingen zijn vandaag online gepubliceerd (okt. 17) in het tijdschrift Nature.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.