Elektronlar son derece yuvarlaktır ve bazı fizikçiler bundan memnun değildir.
Araştırmacılar yeni bir çalışmada, yeni bir deney, parçacıkları çevreleyen parçacıkların kanıtlarını ortaya çıkarmak için lazerler kullanarak bugüne kadar elektronların en ayrıntılı görünümünü yakaladı. Bilim adamları molekülleri aydınlatarak diğer atom altı parçacıkların elektron yükünün dağılımını nasıl değiştirdiğini yorumlayabildiler.
Elektronların simetrik yuvarlaklığı, görünmeyen parçacıkların elektronları ezilmiş dikdörtgen şekillere veya ovallere eğecek kadar büyük olmadığını gösterdi. Bu bulgular, evrendeki parçacıkların ve kuvvetlerin nasıl davrandığını açıklayan Standart Model olarak bilinen uzun süredir devam eden bir fizik teorisini bir kez daha doğrulamaktadır.
Aynı zamanda, bu yeni keşif, Standart Modelin açıklayamayacağı fenomenlerle ilgili boşlukları doldurmaya çalışan birkaç alternatif fizik teorisini bozabilir. Connecticut, New Haven'daki Yale Üniversitesi Fizik Bölümü'nde profesör olan çalışma ortak yazarı David DeMille, bunun muhtemelen çok hoşnutsuz bir fizikçiyi çizim tahtasına geri gönderdiğini söyledi.
"Kesinlikle kimseyi çok mutlu etmeyecek," dedi DeMille Live Science'a.
İyi test edilmiş bir teori
Atomaltı parçacıkları henüz doğrudan gözlenemediğinden, bilim adamları nesneler hakkında dolaylı kanıtlar yoluyla öğrenirler. DeMille, araştırmacıların, henüz görülmemiş parçacık bulutlarıyla dolup taştığı düşünülen negatif yüklü elektronların etrafındaki boşlukta neler olduğunu gözlemleyerek, parçacık davranışı modelleri oluşturabileceğini söyledi.
Standart Model, maddenin tüm yapı taşları arasındaki etkileşimlerin çoğunu ve bu parçacıklar üzerinde etkili olan kuvvetleri açıklar. On yıllardır bu teori, maddenin nasıl davrandığını başarılı bir şekilde tahmin etti.
Bununla birlikte, modelin açıklayıcı başarısında birkaç rahatsız edici istisna vardır. Standart Model, yerçekimi çeken gizemli ve görünmez bir madde olan karanlık maddeyi açıklamaz, ancak ışık yaymaz. Avrupa Nükleer Araştırmalar Örgütü'ne (CERN) göre, model maddeyi etkileyen diğer temel güçlerin yanı sıra yerçekimini de hesaba katmıyor.
Alternatif fizik teorileri, Standart Modelin yetersiz kaldığı yerlerde cevaplar sunmaktadır. Standart Model, elektronları çevreleyen parçacıkların bir elektronun şeklini etkilediğini, ancak mevcut teknoloji kullanılarak neredeyse tespit edilemeyecek kadar küçük bir ölçekte olacağını tahmin etmektedir. Ancak diğer teoriler henüz keşfedilmemiş ağır parçacıklar olduğunu ima ediyor. Örneğin, Süpersimetrik Standart Model, Standart Modeldeki her parçacığın bir antimadde ortağı olduğunu öne sürer. Yeni çalışmanın yazarları, bu varsayımsal ağır ağır parçacıkların elektronları araştırmacıların gözlemleyebileceği bir dereceye kadar deforme edeceğini söyledi.
Aydınlatıcı elektronlar
Bu tahminleri test etmek için, 2014 yılında tamamlanan önceki deneylerden 10 kat daha yüksek bir çözünürlükte elektronlara bakılan yeni deneyler; her iki araştırma da Gelişmiş Soğuk Molekül Elektron Elektrikli Dipol Moment Search (ACME) araştırma projesi tarafından yürütülmüştür.
Araştırmacılar, elektronun yükünü etkileyen ağır parçacıklar nedeniyle, bir elektronun küresel şeklinin deforme olduğu - "bir ucunda eğildi ve diğer tarafta şişkinleşti" - elektrikli dipol momenti adı verilen zor (ve kanıtlanmamış) bir fenomen aradılar.
Bu parçacıklar "Standart Model tarafından öngörülen parçacıklardan" çok, çok sayıda büyüklük sırası daha büyük "olurdu, bu nedenle Standart Modelin ötesinde yeni bir şey olup olmadığını anlamanın çok açık bir yolu var," dedi DeMille.
Yeni çalışma için ACME araştırmacıları, harvard Üniversitesi'ndeki bir bodrum katında nispeten küçük bir odaya, saniyede 50 kez, puls başına 1 milyon oranında soğuk toryum-oksit molekülleri demeti yönlendirdiler. Bilim adamları molekülleri lazerlerle zapladılar ve moleküllerin geri yansıdığı ışığı incelediler; ışıktaki kıvrımlar bir elektrikli dipol momentine işaret eder.
Ancak araştırmacılar, yansıyan ışıkta bükülme olmadığını ve bu sonucun, elektronların etrafındaki ağır parçacıkları tahmin eden fizik teorilerinin üzerine koyu bir gölge düşürdüğünü söyledi. DeMille, bu parçacıklar hala mevcut olabilir, ancak mevcut teorilerde nasıl tanımlandıklarından çok farklı olacaklarını söyledi.
DeMille, "Sonuçlarımız bilimsel topluluğa bazı alternatif teorileri ciddi şekilde yeniden düşünmemiz gerektiğini söylüyor." Dedi.
Karanlık keşifler
DeMille, bu deney elektron çevresindeki parçacık davranışını değerlendirirken, karanlık madde arayışı için de önemli sonuçlar verdiğini söyledi. Atomaltı parçacıklar gibi karanlık madde de doğrudan gözlenemez. Ancak astrofizikçiler bunun orada olduğunu biliyorlar, çünkü yıldızlar, gezegenler ve ışık üzerindeki yerçekimi etkisini gözlemlediler.
DeMille, "Bizim gibi, birçok teorinin - uzun zamandır ve çok iyi nedenlerle - öngördüğü yerin ortasına bakıyoruz. "Ve yine de, hiçbir şey görmüyorlar ve hiçbir şey görmüyoruz."
Hem Karanlık madde hem de Standart Model tarafından öngörülmeyen yeni atom altı parçacıklar henüz doğrudan tespit edilmemiştir; yine de, giderek artan bir zorlayıcı kanıt grubu, bu fenomenlerin var olduğunu göstermektedir. Ancak bilim adamları onları bulamadan önce, neye benzediklerine dair uzun zamandır devam eden bazı fikirlerin hurdaya çıkarılması gerekecek.
"Yeni parçacıklarla ilgili beklentiler yanlışmış gibi görünüyor" dedi.
Bulgular bugün (17 Ekim) Nature dergisinde çevrimiçi olarak yayınlandı.
