Elektron benar-benar bulat, dan sebilangan ahli fizik tidak berpuas hati dengan perkara ini.
Eksperimen baru ini menangkap gambar elektron yang paling terperinci sehingga kini. Para saintis telah menggunakan laser untuk mengesan bukti zarah yang mengelilingi zarah tersebut. Dengan molekul pencahayaan, para penyelidik dapat memahami bagaimana zarah subatomik mengubah pengedaran cas elektron.
Bentuk bulat simetri elektron menunjukkan bahawa zarah yang tidak kelihatan tidak cukup besar untuk mengubah bentuk elektron menjadi bujur. Hasil kajian menegaskan kembali teori fizikal lama yang dikenali sebagai Model Piawai, yang menerangkan bagaimana zarah dan daya di alam semesta berperilaku.
Dan pada masa yang sama, penemuan baru dapat mengubah beberapa teori fizik alternatif yang cuba mencari maklumat yang hilang mengenai fenomena yang tidak dapat dijelaskan oleh Model Standard.
Oleh kerana zarah subatom tidak dapat diamati secara langsung, para saintis mempelajarinya melalui bukti yang tidak langsung. Dengan memerhatikan apa yang berlaku dalam vakum di sekitar elektron bercas negatif yang dipercayai dikelilingi oleh awan zarah yang belum kelihatan, para penyelidik dapat membuat model untuk tingkah laku subatom.
Model Piawai menerangkan interaksi antara semua blok bahan, dan daya yang bertindak pada zarah subatom. Selama beberapa dekad, teori ini berjaya meramalkan bagaimana jasad akan bertindak.
Walau bagaimanapun, terdapat beberapa perkara yang tidak dapat dijelaskan oleh model tersebut. Contohnya, bahan gelap, bahan misteri dan tidak dapat dilihat yang mampu menarik daya tarikan graviti, tetapi tidak memancarkan cahaya. Model ini juga tidak menjelaskan graviti, dan juga kekuatan asas lain yang mempengaruhi jirim.
Teori fizik alternatif menawarkan jawapan di mana Model Standard gagal. Model Piawai meramalkan bahawa zarah-zarah yang mengelilingi elektron mempengaruhi bentuknya, tetapi pada skala yang sangat kecil sehingga hampir mustahil untuk dikesan menggunakan teknologi yang ada.
Video promosi:
Tetapi teori-teori lain mengatakan masih ada zarah berat yang tidak didedahkan. Sebagai contoh, model standard supersimetri menyatakan bahawa setiap zarah dalam model standard mempunyai pasangan antimateri. Zarah-zarah berat hipotetis ini dapat mengubah elektron ke titik yang dapat dilihat oleh penyelidik. Untuk menguji ramalan ini, eksperimen baru melihat elektron 10 kali lebih tinggi daripada percubaan sebelumnya pada tahun 2014.
Para penyelidik mencari fenomena yang sukar difahami dan tidak terbukti yang disebut momen dipol elektrik, di mana bentuk bulat elektron nampaknya cacat - "dihancurkan di satu hujung dan cembung di ujung yang lain," jelas DeMille. Bentuk ini mestilah akibat pengaruh zarah berat pada cas elektron.
Zarah-zarah ini akan "banyak, banyak urutan magnitudnya lebih kuat" daripada partikel yang diramalkan oleh Model Piawai, jadi itu akan menjadi "cara yang menarik untuk membuktikan sama ada sesuatu berlaku di luar penjelasan Model Piawai," kata DeMille.
Untuk kajian baru, para penyelidik menggunakan sinar molekul thorium oksida sejuk pada kadar 1 juta per nadi 50 kali sesaat di ruang yang agak kecil di ruang bawah tanah Universiti Harvard. Para saintis melepaskan laser ke molekul dan mengkaji bagaimana cahaya akan dipantulkan dari mereka; pembiasan cahaya akan menunjukkan momen dipol elektrik.
Tetapi tidak ada penyimpangan cahaya yang dipantulkan, dan hasil ini menimbulkan keraguan pada teori fizikal yang meramalkan zarah berat yang mengelilingi elektron. Zarah-zarah ini mungkin ada, tetapi cenderung berbeza dari yang dijelaskan dalam teori yang ada.
"Hasil kami memberitahu masyarakat ilmiah untuk memikirkan kembali teori alternatif dengan serius," kata DeMille.
Walaupun eksperimen menilai tingkah laku zarah di sekitar elektron, ia juga memberikan pandangan penting untuk mencari bahan gelap. Seperti zarah subatom, bahan gelap tidak dapat dilihat secara langsung. Tetapi ahli astrofizik tahu bahawa ia wujud kerana mereka telah memerhatikan pengaruh graviti pada bintang, planet, dan cahaya.
"Sama seperti kita, ahli astrofizik melihat di mana banyak teori telah meramalkan isyarat," kata DeMille. "Dan sementara mereka tidak melihat apa-apa, dan kita tidak melihat apa-apa."
Kedua-dua zat gelap dan zarah subatomik baru yang tidak diramalkan oleh Model Piawai masih dapat dilihat secara langsung; namun semakin banyak bukti yang menunjukkan bahawa fenomena ini wujud. Tetapi sebelum para saintis menjumpainya, mungkin perlu membuang beberapa teori lama.
"Ramalan tentang bagaimana zarah subatomik kelihatan semakin tidak masuk akal," kata DeMille.
