อิเล็กตรอนมีลักษณะกลมมากและนักฟิสิกส์บางคนไม่พอใจกับมัน
การทดลองใหม่จับมุมมองที่ละเอียดที่สุดของอิเล็กตรอนจนถึงปัจจุบันโดยใช้เลเซอร์เพื่อเปิดเผยหลักฐานของอนุภาครอบ ๆ อนุภาคนักวิจัยรายงานในการศึกษาใหม่ นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถตีความได้ว่าอนุภาคของอะตอมอื่น ๆ สามารถเปลี่ยนแปลงการกระจายตัวของประจุของอิเล็กตรอนได้อย่างไร
ความกลมสมมาตรของอิเล็กตรอนชี้ให้เห็นว่าอนุภาคที่มองไม่เห็นไม่ใหญ่พอที่จะเอียงอิเล็กตรอนไปเป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมหรือวงรีที่แบน การค้นพบนี้ยืนยันอีกครั้งถึงทฤษฎีฟิสิกส์ที่มีมาช้านานที่รู้จักกันในชื่อ Standard Model ซึ่งอธิบายว่าอนุภาคและแรงในเอกภพทำงานอย่างไร
ในเวลาเดียวกันการค้นพบใหม่นี้สามารถพลิกทฤษฎีฟิสิกส์ทางเลือกหลายตัวที่พยายามเติมลงในช่องว่างเกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่แบบจำลองมาตรฐานไม่สามารถอธิบายได้ สิ่งนี้ส่งนักฟิสิกส์บางคนที่ไม่พอใจอย่างมากกลับไปที่กระดานวาดภาพ David DeMille ผู้เขียนร่วมการศึกษาศาสตราจารย์ภาควิชาฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยเยลใน New Haven รัฐคอนเนตทิคัตกล่าว
“ แน่นอนว่ามันจะไม่ทำให้ใครมีความสุขมาก ๆ ” เดมิลล์กล่าวกับ Live Science
ทฤษฎีที่ผ่านการทดสอบอย่างดี
เนื่องจากยังไม่สามารถสังเกตเห็นอนุภาคของอะตอมย่อยโดยตรงนักวิทยาศาสตร์เรียนรู้เกี่ยวกับวัตถุผ่านหลักฐานทางอ้อม โดยการสังเกตสิ่งที่เกิดขึ้นในสุญญากาศรอบ ๆ อิเล็กตรอนที่มีประจุลบ - คิดว่าจะเต็มไปด้วยเมฆของอนุภาคที่มองไม่เห็นซึ่งนักวิจัยสามารถสร้างแบบจำลองพฤติกรรมของอนุภาคได้ DeMille กล่าว
แบบจำลองมาตรฐานอธิบายการมีปฏิสัมพันธ์ส่วนใหญ่ระหว่างการสร้างบล็อคของสสารทั้งหมดรวมทั้งแรงที่กระทำต่ออนุภาคเหล่านั้น มานานหลายทศวรรษทฤษฎีนี้ทำนายได้สำเร็จว่าพฤติกรรมมีความสำคัญอย่างไร
อย่างไรก็ตามมีข้อยกเว้นซึ่งจู้จี้เล็กน้อยต่อความสำเร็จในการอธิบายของโมเดล แบบจำลองมาตรฐานไม่ได้อธิบายสสารมืดซึ่งเป็นสารลึกลับและล่องหนที่ออกแรงดึงความโน้มถ่วง แต่ก็ไม่มีแสง และโมเดลไม่ได้คำนึงถึงแรงโน้มถ่วงควบคู่ไปกับแรงพื้นฐานอื่น ๆ ที่มีอิทธิพลต่อสสารตามที่องค์การเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (CERN) ระบุ
ทฤษฎีฟิสิกส์ทางเลือกเสนอคำตอบเมื่อแบบจำลองมาตรฐานสั้น แบบจำลองมาตรฐานทำนายว่าอนุภาคที่อยู่รอบ ๆ อิเล็กตรอนนั้นมีผลกระทบต่อรูปร่างของอิเล็กตรอน แต่ในระดับที่น้อยมากจนไม่สามารถตรวจจับได้โดยใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่ แต่ทฤษฎีอื่น ๆ ก็บอกว่ามีอนุภาคหนักที่ยังไม่ถูกค้นพบ ตัวอย่างเช่นตัวแบบมาตรฐาน Supersymmetric posits ว่าทุกอนุภาคในแบบจำลองมาตรฐานมีคู่ปฏิสสาร อนุภาคเฮฟวี่เวทสมมุติฐานเหล่านั้นจะเปลี่ยนรูปอิเล็กตรอนไปเป็นระดับที่นักวิจัยควรสังเกตได้
ส่องสว่างอิเล็กตรอน
เพื่อทดสอบการคาดการณ์เหล่านั้นการทดลองใหม่พุ่งไปที่อิเล็กตรอนด้วยความละเอียดมากกว่าความพยายามครั้งก่อนถึง 10 เท่าแล้วเสร็จในปี 2014 การตรวจสอบทั้งสองได้ดำเนินการโดยโครงการวิจัยขั้นสูงการค้นหาโมเลคูล่าโมเลกุลไฟฟ้าอิเล็กตรอนแบบโมเมนต์ไฟฟ้า (ACME)
นักวิจัยค้นหาปรากฏการณ์ที่เข้าใจยาก (และไม่พิสูจน์) ที่เรียกว่าโมเมนต์ไฟฟ้าไดโพลซึ่งรูปทรงกลมของอิเล็กตรอนจะผิดรูปร่าง - "เว้าแหว่งไปที่ปลายด้านหนึ่ง
อนุภาคเหล่านี้จะเป็น "คำสั่งจำนวนมากที่มีขนาดใหญ่กว่า" มากกว่าอนุภาคที่ทำนายโดยแบบจำลองมาตรฐาน "ดังนั้นจึงเป็นวิธีที่ชัดเจนมากที่จะบอกว่ามีสิ่งใหม่เกิดขึ้นนอกเหนือจากแบบจำลองมาตรฐาน" DeMille กล่าว
สำหรับการศึกษาใหม่นักวิจัย ACME ได้นำลำแสงของโมเลกุลทอเรียม - ออกไซด์เย็นที่อัตรา 1 ล้านต่อพัลส์ 50 ครั้งต่อวินาทีเข้าสู่ห้องที่มีขนาดค่อนข้างเล็กในชั้นใต้ดินที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการแตกโมเลกุลด้วยแสงเลเซอร์และศึกษาแสงที่สะท้อนกลับมาจากโมเลกุลนั้น การโค้งงอของแสงจะชี้ไปที่โมเมนต์ไดโพลไฟฟ้า
แต่ไม่มีการบิดของแสงสะท้อนและผลลัพธ์นี้ทำให้เกิดเงาดำเหนือทฤษฎีฟิสิกส์ที่ทำนายอนุภาคขนาดใหญ่รอบอิเล็กตรอน อนุภาคเหล่านั้นอาจยังคงอยู่ แต่จะแตกต่างจากที่อธิบายไว้ในทฤษฎีที่มีอยู่ DeMille กล่าวในแถลงการณ์
“ ผลลัพธ์ของเราบอกชุมชนวิทยาศาสตร์ว่าเราต้องคิดใหม่เกี่ยวกับทฤษฎีทางเลือกอย่างจริงจัง” DeMille กล่าว
การค้นพบที่มืด
ในขณะที่การทดลองนี้ประเมินพฤติกรรมของอนุภาครอบ ๆ อิเล็กตรอน แต่ก็ให้ผลที่สำคัญสำหรับการค้นหาสสารมืด DeMille กล่าว เช่นเดียวกับอนุภาคของอะตอมย่อยสสารมืดไม่สามารถสังเกตได้โดยตรง แต่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์รู้ว่ามันอยู่ที่นั่นเพราะพวกเขาได้สังเกตเห็นผลกระทบแรงโน้มถ่วงของมันต่อดาวดาวเคราะห์และแสง
“ เหมือนเรากำลังมองหาอยู่ในใจกลางที่ทฤษฎีหลายแห่งทำนาย - เป็นเวลานานและด้วยเหตุผลที่ดีมาก - สัญญาณควรปรากฏขึ้น” DeMille กล่าว พวกเขาไม่เห็นอะไรเลยและเราก็ไม่เห็นอะไรเลย
ทั้งสสารมืดและอนุภาคย่อยของอะตอมใหม่ที่ไม่ได้ทำนายโดยตัวแบบมาตรฐานนั้นยังไม่ได้ถูกพบโดยตรง ยังมีหลักฐานที่น่าสนใจแสดงให้เห็นว่ามีปรากฏการณ์เหล่านี้เกิดขึ้น แต่ก่อนที่นักวิทยาศาสตร์จะค้นพบพวกเขาความคิดอันยาวนานเกี่ยวกับสิ่งที่พวกเขาดูเหมือนว่าจะต้องถูกกำจัดทิ้ง DeMille กล่าวเสริม
"ความคาดหวังเกี่ยวกับอนุภาคใหม่กำลังดูมากขึ้นเรื่อย ๆ เหมือนพวกเขาผิด" เขากล่าว
การค้นพบนี้เผยแพร่ทางออนไลน์วันนี้ (17 ต.ค. ) ในวารสาร Nature
