אלקטרונים עגולים במיוחד, וחלק מהפיזיקאים לא מרוצים מכך.
ניסוי חדש תפס את התצוגה המפורטת ביותר של אלקטרונים עד כה, באמצעות לייזרים כדי לחשוף עדויות לחלקיקים המקיפים את החלקיקים, כך דיווחו החוקרים במחקר חדש. על ידי הדלקת מולקולות הצליחו המדענים לפרש כיצד חלקיקים תת-אטומיים אחרים משנים את התפלגות מטען האלקטרונים.
העגלגלות הסימטרית של האלקטרונים העלתה על כך שחלקיקים בלתי נראים אינם גדולים מספיק כדי להסיט אלקטרונים לצורות מלבניות מעוכות, או אליפסות. ממצאים אלה מאשרים שוב תיאוריה של פיסיקה ארוכת שנים, המכונה המודל הסטנדרטי, המתארת כיצד מתנהגים חלקיקים וכוחות ביקום.
במקביל, תגלית חדשה זו עשויה לבטל כמה תיאוריות פיסיקה אלטרנטיביות המנסות למלא את החסר אודות תופעות שהמודל הסטנדרטי לא יכול להסביר. זה מחזיר כמה פיזיקאים ממורמרים מאוד חזרה ללוח השרטוט, אמר מחבר המחקר, דייויד דה-מילה, פרופסור במחלקה לפיזיקה באוניברסיטת ייל בניו הייבן, קונטיקט.
"זה בטח לא ישמח אף אחד מאוד," אמר דמיל ל- Live Science.
תיאוריה שנבדקה היטב
מכיוון שעדיין לא ניתן לצפות ישירות בחלקיקים תת-אטומיים, מדענים לומדים על העצמים באמצעות עדויות עקיפות. על ידי התבוננות במתרחש בוואקום סביב אלקטרונים טעונים שליליים - שנחשבו כמי שמסתובבים בעננים של חלקיקים שטרם נראו - החוקרים יכולים ליצור מודלים של התנהגות חלקיקים, אמר DeMille.
המודל הסטנדרטי מתאר את מרבית האינטראקציות בין כל אבני הבניין של החומר, כמו גם את הכוחות הפועלים על אותם חלקיקים. במשך עשרות שנים, תיאוריה זו ניבאה בהצלחה כיצד מתנהג החומר.
עם זאת, ישנם כמה חריגים מנדנדים להצלחת ההסבר של הדוגמנית. המודל הסטנדרטי אינו מסביר חומר אפל, חומר מסתורי ובלתי נראה שמפעיל משיכה כבידתית, אך עם זאת אינו פולט אור. והמודל אינו אחראי לכוח המשיכה לצד כוחות היסוד האחרים שמשפיעים על החומר, על פי הארגון האירופי למחקר גרעיני (CERN).
תיאוריות בפיזיקה אלטרנטיבית מציעות תשובות במקום בו הדגם הסטנדרטי נופל. המודל הסטנדרטי מנבא שחלקיקים המקיפים אלקטרונים משפיעים על צורת האלקטרונים, אך בסולם כה אינפיניטליסטי עד כדי כך שלא ניתן יהיה לזהותם בטכנולוגיה קיימת. אך תיאוריות אחרות רומזות שישנם חלקיקים כבדים שטרם נחשפו. לדוגמא, מודל הסטנדרט השופר-סימטרי מציין שלכל חלקיק במודל הסטנדרטי יש בן זוג למניעת חומר. מחברי המחקר החדש אמרו כי חלקיקים משקל כבד היפותטי מעוותים אלקטרונים במידה שהחוקרים צריכים להיות מסוגלים לצפות בהם.
אלקטרונים מאירים
כדי לבדוק תחזיות אלה, ניסויים חדשים הציצו באלקטרונים ברזולוציה גדולה פי 10 מהמאמצים הקודמים, שהושלמו בשנת 2014; שתי החקירות נערכו על ידי פרויקט המחקר Advanced Cold Molecule Electron Electric Dipole Moment Search (ACME).
החוקרים חיפשו תופעה חמקמקה (ולא מוכחת) הנקראת רגע הדיפול החשמלי, בו נראית צורתו הכדורית של האלקטרון מעוותת - "שקע בקצה אחד ובולט בצד השני", הסביר דה-מייל - בגלל חלקיקים כבדים המשפיעים על מטען האלקטרון.
חלקיקים אלה יהיו "רבים, סדרי גודל גדולים יותר" מחלקיקים שחזה המודל הסטנדרטי, "כך שזו דרך מאוד ברורה לדעת אם קורה משהו חדש מעבר לדגם הסטנדרט," אמר דה-מילה.
עבור המחקר החדש, חוקרי ACME כיוונו קרן של מולקולות תוריד-תחמוצות קרות בקצב של מיליון לפולס, פי 50 בשנייה, לחדר קטן יחסית במרתף באוניברסיטת הרווארד. המדענים חיפשו את המולקולות באמצעות לייזרים ובחנו את האור המוחזר על ידי המולקולות; כיפוף באור יצביע על רגע דיפול חשמלי.
אולם לא היו פיתולים באור המשתקף, ותוצאה זו מטילה צל אפל על תיאוריות הפיזיקה שניבאו חלקיקים כבדים סביב אלקטרונים, אמרו החוקרים. חלקיקים אלה עשויים להתקיים, אך הם יהיו שונים מאוד מהאופן בו תוארו בתיאוריות הקיימות, אמר דה-אמיל בהצהרה.
"התוצאה שלנו אומרת לקהילה המדעית שאנחנו צריכים לחשוב מחדש ברצינות על כמה מהתיאוריות האלטרנטיביות," אמר דה-מילה.
תגליות חשוכות
בעוד שניסוי זה העריך את התנהגות החלקיקים סביב אלקטרונים, הוא מספק גם השלכות חשובות על חיפוש אחר חומר אפל, אמר דה-מייל. בדומה לחלקיקים תת-אטומיים, לא ניתן לצפות ישירות בחומר אפל. אבל אסטרופיסיקאים יודעים שזה שם, מכיוון שהם הבחינו בהשפעת הכבידה שלה על כוכבים, כוכבי לכת ואור.
"דומים כמונו, מסתכלים בלב היכן שחזות תיאוריות רבות - במשך זמן רב ומסיבות טובות מאוד - אמור להופיע איתות", אמר דה-מילה. "ובכל זאת, הם לא רואים כלום ואנחנו לא רואים כלום."
טרם ניתן לאתר ישירות הן חומר אפל והן חלקיקים תת-אטומיים חדשים שלא ניבאו על ידי המודל הסטנדרטי. עם זאת, גוף הולך וגדל של עדויות משכנעות עולה כי תופעות אלה אכן קיימות. אך לפני שמדענים יוכלו למצוא אותם, כנראה שיהיה צורך להיפטר כמה רעיונות ארוכי שנים לגבי איך הם נראים.
"הציפיות לגבי חלקיקים חדשים נראות יותר ויותר כאילו טעו", אמר.
הממצאים פורסמו היום (17 באוקטובר) באינטרנט בכתב העת Nature.
