Natuurkundigen Modelleren Elektronen In Ongekend Detail - Spoiler-Waarschuwing: Ze Zijn Rond

{h1}

Subatomaire deeltjes die nog nooit zijn gezien, zijn niet helemaal zoals sommige wetenschappers voorspelden.

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

Een nieuw experiment vatte de meest gedetailleerde weergave van elektronen tot nu toe, met behulp van lasers om het bewijs van deeltjes rond de deeltjes te onthullen, onderzoekers gemeld 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 18 grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde]

De symmetrische rondheid van de elektronen suggereerde dat ongeziene deeltjes niet groot genoeg zijn om elektronen in geplette langwerpige vormen of ovalen te laten schuiven. Deze bevindingen bevestigen eens te meer een aloude fysica theorie, bekend als het standaardmodel, dat beschrijft hoe deeltjes en krachten in het universum zich gedragen.

Tegelijkertijd kan deze nieuwe ontdekking verschillende alternatieve fysische theorieën tenietdoen die proberen de lege plekken op te vullen over verschijnselen die het standaardmodel niet kan verklaren. Dit stuurt enkele waarschijnlijk zeer ontstemde natuurkundigen terug naar de tekentafel, zei medestudent David DeMille, een professor bij de afdeling natuurkunde aan de Yale University in New Haven, Connecticut.

"Het zal zeker niemand erg blij maken," vertelde DeMille aan WordsSideKick.com.

Een goed beproefde theorie

Omdat subatomaire deeltjes nog niet direct kunnen worden waargenomen, leren wetenschappers via indirect bewijsmateriaal over de objecten. Door te observeren wat er gebeurt in het vacuüm rond negatief geladen elektronen - waarvan gedacht wordt dat het wemelt van de wolken van nog niet-waargenomen 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. Al decennia lang heeft deze theorie met succes voorspeld hoe materie zich gedraagt.

Er zijn echter enkele knagende uitzonderingen op het verklarende succes van het model. Het standaardmodel verklaart geen donkere materie, een mysterieuze en onzichtbare substantie die een zwaartekracht uitoefent en toch geen licht uitstraalt. En het model verklaart niet de 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 die elektronen omringen inderdaad de vorm van een elektron beïnvloeden, maar op zo'n oneindig kleine schaal dat het vrijwel niet detecteerbaar is met behulp van bestaande technologie. Maar andere theorieën duiden erop dat er tot nu toe nog niet ontdekte zware deeltjes zijn. Het supersymmetrische standaardmodel stelt bijvoorbeeld dat elk deeltje in het standaardmodel een antimateriepartner heeft. Die hypothetische zwaargewicht deeltjes zouden elektronen zodanig vervormen dat onderzoekers zouden kunnen waarnemen, aldus de auteurs van het nieuwe onderzoek.

Verlichten van elektronen

Om die voorspellingen te testen, hebben nieuwe experimenten naar elektronen gekeken met een resolutie die tien 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 een ongrijpbaar (en onbewezen) fenomeen dat het elektrische dipoolmoment wordt genoemd, waarbij de bolvorm van een elektron vervormd lijkt te zijn - "gedeuked aan het ene uiteinde en bolvormig aan het andere uiteinde", legde DeMille uit - omdat zware deeltjes de lading van het elektron beïnvloeden.

Deze deeltjes zouden "vele, vele ordes van grootte groter" zijn dan deeltjes voorspeld door het standaardmodel, "dus het is een heel duidelijke manier om te zien of er iets nieuws gebeurt buiten het standaardmodel," zei DeMille.

Voor de nieuwe studie richtten onderzoekers van ACME een bundel koude thorium-oxide moleculen met een snelheid van 1 miljoen per puls, 50 keer per seconde, in een relatief kleine kamer in een kelder aan de Harvard University. De wetenschappers zapten de moleculen met lasers en bestudeerden het licht dat door de moleculen werd gereflecteerd; bochten in het licht wijzen op een elektrisch dipoolmoment.

Maar er waren geen wendingen in het gereflecteerde licht en dit resultaat werpt een donkere schaduw over de natuurkundetheorieën die zware deeltjes rond elektronen voorspelden, aldus de onderzoekers. Die deeltjes kunnen nog steeds bestaan, maar ze zouden heel anders zijn dan hoe ze zijn beschreven in bestaande theorieën, zei DeMille in een verklaring.

"Ons resultaat vertelt de wetenschappelijke gemeenschap dat we sommige van de alternatieve theorieën serieus moeten heroverwegen," zei DeMille. [Strange Quarks and Muons, Oh My! De kleinste deeltjes van de natuur ontleed]

Duistere ontdekkingen

Hoewel dit experiment het gedrag van deeltjes rond elektronen evalueerde, biedt het ook belangrijke implicaties voor het zoeken 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 zwaartekracht hebben waargenomen op sterren, planeten en licht.

"Net zoals wij, [astrofysici] kijken in het hart van waar veel theorieën hebben voorspeld - voor een lange tijd en om zeer goede redenen - zou er een signaal moeten verschijnen," zei DeMille. "En toch zien ze niets en zien we niets."

Zowel donkere materie als nieuwe subatomaire deeltjes die niet door het standaardmodel werden voorspeld, moeten nog worden opgemerkt; nog steeds, een groeiend aantal overtuigende bewijzen suggereert dat deze verschijnselen bestaan.Maar voordat wetenschappers ze kunnen vinden, zullen waarschijnlijk een aantal lang bestaande ideeën over hoe ze eruit zien, moeten worden geschrapt, voegde DeMille eraan toe.

"De verwachtingen over nieuwe deeltjes lijken steeds meer op dat ze verkeerd waren," zei hij.

De bevindingen werden vandaag (17 oktober) online gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com