У новій роботі вчені досліджували форму заряду електрона з безпрецедентною точністю, щоб підтвердити, що він абсолютно сферичний. Трохи стислий заряд міг вказувати на невідомі, важко виявлені важкі частинки в присутності електрону, відкриття, яке могло б перевернути глобальне фізичне співтовариство.
«Якби ми виявили, що форма була не круглою, то це було б найбільшою подією у фізиці протягом останніх декількох десятиліть», - сказав Джеральд Габріельсе, який очолював дослідження. «Але наш висновок, як і раніше, так само науково значущий, тому що він зміцнює стандартну модель фізики частинок і виключає альтернативні моделі».
Багаторічна теорія, Стандартна модель фізики частинок описує більшість фундаментальних сил і частинок у Всесвіті. Модель являє собою математичну картину реальності, і ніякі лабораторні експерименти, які були виконані, не суперечили їй.
Ця відсутність протиріч викликала подив у фізиків протягом десятиліть.
«Стандартна модель в її нинішньому вигляді не може бути до кінця правильною, тому що вона не може передбачити, чому існує Всесвіт», - сказав Габріельсе, професор опікунської ради фізики університету Northwestern. «Це досить велика лазівка».
Габріельсе і його колеги з ACME (Advanced Cold Molecule Electron) витратили багато часу, намагаючись закрити цю лазівку, вивчивши передбачення Стандартної моделі, а потім спробувавши підтвердити їх за допомогою експериментів у лабораторії.
Намагаючись «виправити» стандартну модель, багато альтернативних моделей пророкують, що, здавалося б, однорідна сфера електрона асиметрично стискається. Одна така модель, звана суперсиметричною моделлю, стверджує, що невідомі важкі субатомні частинки впливають на електрон, щоб змінити його абсолютно сферичну форму - недоведене явище, зване «електричним дипольним моментом».
Ці невідкриті, більш важкі частинки можуть бути відповідальні за деякі з найголовніших загадок всесвіту і можуть пояснити, чому всесвіт складається з матерії замість антиматерії.
«Практично всі альтернативні моделі говорять, що заряд електрона цілком може бути сплющений», - сказав Габріельсе. «Ось чому ми вирішили вивчити його з більш високою точністю, ніж коли-небудь раніше».
Команда вчених досліджувала це питання, випустивши пучок холодних молекул оксиду торію в камеру розміром з великий стіл. Потім дослідники вивчили світло, яке випускають молекули. Скручувальне світло вказує на електричний дипольний момент.
Коли світло не скручувалося, дослідницька група дійшла висновку, що форма електрона була, по суті, круглою, що підтверджує передбачення стандартної моделі. Жодні докази електричного дипольного моменту не свідчать про ці гіпотетичні важчі частинки. Якщо ці частинки взагалі існують, їх властивості відрізняються від властивостей, передбачених теоретиками.
У 2014 році команда ACME виконала ті ж вимірювання з більш простим апаратом. Використовуючи вдосконалені лазерні методи і різні частоти лазера, поточний експеримент виявився на порядок більш чутливим, ніж його попередник.
«Якби Електрон був розміром з Землю, ми могли б виявити зміщення центру Землі на відстані в мільйон разів менше, ніж людське волосся», сказав Габріельсе. «Ось наскільки чутливий наш апарат».
Дослідники планують продовжувати налаштування свого інструменту, щоб робити все більш точні вимірювання. Поки дослідники не знайдуть доказів зворотного, сферичні форми електрону і таємниці всесвіту залишаться.
"Ми знаємо, що Стандартна модель невірна, але ми не можемо знайти, що неправильно. Це як величезна містична повість ", - сказав Габріельсе. "Ми повинні бути дуже обережні, роблячи припущення, що ми наближаємося до розгадки таємниці, але у мене є велика надія, що ми стаємо ближче на досягнутому рівні точності.