Elektroner er absolut runde, og nogle fysikere er ikke tilfredse med dette.
Det nye eksperiment fandt de mest detaljerede billeder af elektroner til dato. Forskere har brugt lasere til at registrere bevis for partikler, der omgiver partiklerne. Ved at tænde molekyler kunne forskerne forstå, hvordan subatomære partikler ændrer fordelingen af en elektronladning.
Elektronernes symmetriske cirkulære form antyder, at de usynlige partikler ikke er store nok til at ændre formen på elektronerne til oval. Resultaterne af undersøgelsen bekræfter en gammel fysisk teori kendt som standardmodellen, der beskriver hvordan partikler og kræfter i universet opfører sig.
Og på samme tid kunne den nye opdagelse vende adskillige teorier om alternativ fysik, der forsøger at finde manglende information om fænomener, som standardmodellen ikke kan forklare.
Da subatomære partikler ikke kan observeres direkte, lærer forskere om dem gennem omstændigheder. Ved at observere, hvad der sker i et vakuum omkring negativt ladede elektroner, der menes at være omgivet af skyer af endnu usynlige partikler, kan forskere oprette modeller til subatoms opførsel.
Standardmodellen beskriver samspillet mellem alle byggestenes stof, såvel som de kræfter, der virker på subatomære partikler. I årtier har denne teori med succes forudsagt, hvordan stof vil opføre sig.
Der er dog flere punkter, som modellen ikke er i stand til at forklare. For eksempel mørkt stof, et mystisk og usynligt stof, der er i stand til at tiltrække gravitation, men ikke udsender lys. Modellen forklarer heller ikke tyngdekraften såvel som andre grundlæggende kræfter, der påvirker materien.
Alternative fysikteorier giver svar, hvor standardmodellen mislykkes. Standardmodellen forudsiger, at partiklerne, der omgiver et elektron, påvirker dens form, men i en så uendelig skala, at det næsten er umuligt at detektere ved hjælp af eksisterende teknologi.
Salgsfremmende video:
Men andre teorier siger, at der stadig er uoplagte tunge partikler. For eksempel angiver den supersymmetriske standardmodel, at hver partikel i standardmodellen har en antimatterpartner. Disse hypotetiske tunge partikler kan deformere elektroner til det punkt, som forskerne kan se. For at teste disse forudsigelser så det nye eksperiment på elektroner 10 gange opløsningen fra et tidligere forsøg i 2014.
Forskere var på udkig efter et undvigende og uprovokeret fænomen kaldet det elektriske dipol-øjeblik, hvor den elektroniske sfæriske form ser ud til at blive deformeret -”knust i den ene ende og konveks i den anden,” forklarer DeMille. Denne form skal være en konsekvens af indflydelsen af tunge partikler på elektronladningen.
Disse partikler ville være "mange, mange størrelsesordener stærkere" end de partikler, der er forudsagt af standardmodellen, så det ville være "en overbevisende måde at bevise, om der sker noget uden for forklaringerne til standardmodellen," siger DeMille.
I den nye undersøgelse brugte forskerne stråler af kolde thoriumoxidmolekyler med en hastighed på 1 million pr. Puls 50 gange pr. Sekund i et relativt lille kammer i kælderen på Harvard University. Forskere fyrede laser på molekyler og studerede, hvordan lys ville blive reflekteret fra dem; brydning i lys ville indikere et elektrisk dipolmoment.
Men der var ingen forvrængning i reflekteret lys, og dette resultat stiller tvivl om fysiske teorier, der forudsiger tunge partikler, der sværmer rundt om elektroner. Disse partikler kan forekomme, men vil sandsynligvis afvige fra det, der er beskrevet i eksisterende teorier.
”Vores resultat beder det videnskabelige samfund om alvorligt at overveje alternative teorier,” siger DeMille.
Mens eksperimentet vurderede partiklernes adfærd omkring elektroner, gav det også vigtig indsigt til søgningen efter mørkt stof. Ligesom subatomære partikler kan mørkt stof ikke observeres direkte. Men astrofysikere ved, at det eksisterer, fordi de har observeret dens gravitationspåvirkning på stjerner, planeter og lys.
”Ligesom os ser astrofysikere på, hvor mange teorier har forudsagt et signal,” siger DeMille. "Og mens de ikke ser noget, og vi ser intet."
Både mørkt stof og nye subatomære partikler, som standardmodellen ikke forudsagde, gjenstår at se direkte; endnu et voksende organ af afgørende bevis tyder på, at disse fænomener eksisterer. Men inden forskerne finder dem, er det sandsynligvis værd at kaste nogle gamle teorier.
”Forudsigelser om, hvordan subatomære partikler ser ud, ser stadig mere usandsynlige ud,” siger DeMille.