Fysiker Modell Elektroner i aldrig tidigare Skådad Detalj — Spoiler Alert: De är Runda

0
12

Fysiker Modell Elektroner i aldrig tidigare Skådad Detalj — Spoiler Alert: De är Runda

Av Mindy Weisberger, Live Science Senior Writer |

18 oktober 2018 12:19pm ET

  • MER

I den här artisten representation, en elektron som färdas mellan två lasrar under ett experiment. Elektronen snurrar kring sin egen axel, som ett moln av andra subatomära partiklar ständigt släpps ut och återabsorberas.
Kredit: Nicolle R. Fylligare, NSF

Elektroner är mycket rund, och några fysiker är inte glad över det.

Ett nytt experiment fångade den mest detaljerade bild av elektroner till i dag, med hjälp av laser för att avslöja bevis för att partiklar som omger partiklar, forskare i en ny studie. Genom att tända upp molekyler, kunde forskarna att tolka hur andra subatomära partiklar ändrar fördelningen av elektronens laddning. [18 Största Olösta Mysterierna i Fysik]

Den symmetriska rundhet av elektroner föreslog att osynliga partiklar är inte stor nog för att skeva elektroner i kläm avlånga former, eller ovaler. Dessa resultat än en gång bekräfta en långvarig fysik teori, känd som Standard Modell, som beskriver hur partiklar och krafter i universum beter sig.

På samma gång, denna nya upptäckt kan stjälpa flera alternativa fysik teorier som försöker fylla i tomrummen om de fenomen som Standard Modell kan inte förklara. Detta skickar en förmodligen mycket missnöjda fysiker tillbaka till ritbordet, säger studie medförfattare David DeMille, en professor med Institutionen för Fysik vid Yale University i New Haven, Connecticut.

“Det är säkert inte kommer göra någon väldigt glad,” DeMille sa till Live Science.

Eftersom subatomära partiklar kan inte observeras direkt, forskare lära sig om objekt genom indirekta bevis. Genom att observera vad som händer i vakuum runt negativt laddade elektroner — tänkt att vara vimlar av moln av ännu osynliga partiklar — forskare kan skapa modeller av partikel beteende, DeMille sagt.

Standardmodellen beskriver de flesta av samspelet mellan alla materiens byggstenar, liksom de krafter som verkar på dessa partiklar. I decennier, denna teori har framgångsrikt förutspått hur materia fungerar.

Det finns dock några tjat undantag från modellens förklarande framgång. Att Modellen inte förklarar mörk materia, en mystisk och osynliga ämne som utövar en dragningskraft, men ändå avger inget ljus. Och modellen tar inte hänsyn till gravitation tillsammans med de andra grundläggande krafter som påverkar ärendet, enligt den Europeiska Organisationen för kärnforskning (CERN).

Alternativt fysik teorier ger svar där standardmodellen faller kort. Standardmodellen förutsäger att partiklar med omgivande elektroner påverkar en elektron form, men i en så oändligt liten skala att vara ganska mycket påvisas med hjälp av befintlig teknik. Men andra teorier som antyder att det finns ännu oupptäckta tunga partiklar. Till exempel, Supersymmetriska Standard Modell innebär att varje partikel i Standard-Modellen har en antimateria partner. De hypotetiska tunga partiklar skulle deformera elektroner till en grad som forskare bör kunna observera, författarna till den nya studien säger.

För att testa dessa förutsägelser, nya experiment tittade på elektroner i en upplösning som är 10 gånger större än tidigare insatser, klar 2014, båda undersökningarna genomfördes av forskningsprojekt Avancerade Kalla Molekyl Electron Elektriska dipolmoment Sök (ACME).

Forskarna sökte en gäckande (och obevisade) fenomen som kallas den elektriska dipolmoment, som en elektron är sfärisk form visas deformeras — “bucklig i ena änden och putade på den andra,” DeMille förklarat — på grund av tunga partiklar som påverkar elektronens laddning.

Dessa partiklar skulle vara “många, många storleksordningar större än de partiklar som förutsagts av standardmodell, “så är det ett mycket tydligt sätt att berätta om det är något nytt som händer bortom standardmodellen,” DeMille sagt.

För den nya studien, ACME forskare riktat en stråle kallt torium kväveoxid molekyler i en takt av 1 miljon per puls, 50 gånger per sekund, i ett relativt litet rum i en källare på Harvard University. Forskarna zapped molekyler med lasrar och studerade ljuset reflekteras tillbaka av molekyler; böjer sig i ljuset skulle peka på ett elektriskt dipolmoment.

Men det fanns inga vändningar i det reflekterade ljuset, och detta resultat kastar en mörk skugga över den fysikaliska teorier som förutspådde tunga partiklar runt elektroner, som forskarna säger. Dessa partiklar kan fortfarande finnas, men de skulle vara mycket annorlunda från hur de har beskrivits i befintliga teorier, DeMille sade i ett uttalande.

“Våra resultat talar vetenskapen för att vi behöver för att på allvar ompröva vissa av de alternativa teorier,” DeMille sagt. [Konstigt Kvarkar och Myoner, Oh My! Naturens allra Minsta Partiklar Dissekeras]

Medan detta experiment utvärderas partikel beteende runt elektroner, det ger också viktiga konsekvenser för sökandet efter mörk materia, DeMille sagt. Som subatomära partiklar, mörk materia inte kan observeras direkt. Men astrofysiker vet att det är det, eftersom de har följt sin gravitationella påverkan på stjärnor, planeter och ljus.

“Mycket som oss, [astrofysiker] letar i hjärtat av där många teorier har varit att förutsäga — för en lång tid och mycket goda anledningar — en signal som skall visas,” DeMille sagt. “Och ändå, är de inte ser något, och vi inte ser något.”

Både mörk materia och nya subatomära partiklar som inte var förutsedda av Standard Modell är ännu inte direkt fläckig, fortfarande, en växande mängd övertygande bevis tyder på att dessa fenomen inte finns. Men innan forskarna kan hitta dem, vissa långvariga idéer om vad de ser ut som förmodligen kommer att behöva skrotas, DeMille läggas till.

“Förväntningar om nya partiklar, ser mer och mer ut som de hade varit fel,” sade han.

Resultaten publicerades på nätet idag (Okt. 17) i tidskriften Nature.

Ursprungligen publicerad på Live Science.

Skulle du Också Vilja

  • Bisarra Partiklar Flyger Ut i Antarktis Is, och De Kan Splittras Modern Fysik
    Utrymme

  • Kom Ihåg Att Mörka Materia-Gratis Galaxy? Det Kan Ha Mörk Materia Efter Alla
    Utrymme

  • Fysiker Hittade Bara det Sista som Saknas Protoner och Neutroner I Universum
    Utrymme

  • Den 4: e Smaken? Forskare Nära in på en Ny Typ av Neutrino
    Utrymme

Författare Bio

Mindy Weisberger, Live Science Ledande Författare

Mindy Weisberger är en erfaren skribent för Levande Vetenskap som omfattar allmänna naturvetenskapliga ämnen, särskilt sådana som rör hjärnor, kroppar och beteenden hos människor och andra djur — både levande och utdöda. Mindy har studerat film på Columbia University, där hennes filmer om dinosaurier, den biologiska mångfalden, människans ursprung, evolution, och astrofysik visas i American Museum of Natural History, på YouTube, och i museer och science centers över hela världen. Följ Mindy på Twitter.

För Att Prenumerera SPACE.com

Skicka

Följ Oss

Mest Populära

  1. Hur NASA Mars Lander ‘Steampunk’ Claw Kommer att Arbeta (Video)

  2. Månen Vetenskap! NASA Behöver Experimentera Idéer för Kommersiella Lunar Landers

  3. Efter Soyuz Avbryta, Ryssland Vill Ha 3 Framgångsrika Robot Flygningar Innan Nästa Besättning Lanseringen

  4. Stephen Hawking är Sista Boken Säger att Det är “Ingen Möjlighet” av Gud i Vårt Universum

  5. Hur Nära Är Vi att Kubrick AI-Kontrollerade Vision av Framtiden?