Os elétrons são absolutamente redondos e alguns físicos não gostam disso.
O novo experimento capturou as imagens mais detalhadas de elétrons até hoje. Os cientistas usaram lasers para detectar evidências de partículas ao redor das partículas. Ao iluminar as moléculas, os pesquisadores foram capazes de compreender como as partículas subatômicas alteram a distribuição da carga de um elétron.
A forma circular simétrica dos elétrons sugere que as partículas invisíveis não são grandes o suficiente para mudar a forma dos elétrons para oval. Os resultados do estudo reafirmam uma velha teoria física conhecida como Modelo Padrão, que descreve como as partículas e forças do universo se comportam.
E, ao mesmo tempo, a nova descoberta poderia transformar várias teorias da física alternativa que tentam encontrar informações ausentes sobre fenômenos que o Modelo Padrão não consegue explicar.
Como as partículas subatômicas não podem ser observadas diretamente, os cientistas aprendem sobre elas por meio de evidências circunstanciais. Ao observar o que acontece no vácuo em torno dos elétrons carregados negativamente, que se acredita estarem rodeados por nuvens de partículas ainda invisíveis, os pesquisadores podem criar modelos para o comportamento dos subátomos.
O modelo padrão descreve as interações entre todos os blocos de construção da matéria, bem como as forças que agem sobre as partículas subatômicas. Por décadas, essa teoria previu com sucesso como a matéria se comportaria.
No entanto, existem vários pontos que o modelo não consegue explicar. Por exemplo, matéria escura, uma substância misteriosa e invisível que é capaz de atração gravitacional, mas não emite luz. Além disso, o modelo não explica a gravidade, bem como outras forças fundamentais que afetam a matéria.
As teorias da física alternativa oferecem respostas onde o modelo padrão falha. O modelo padrão prevê que as partículas que cercam um elétron afetam sua forma, mas em uma escala tão infinitesimal que é quase impossível detectar usando a tecnologia existente.
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Mas outras teorias dizem que ainda existem partículas pesadas não reveladas. Por exemplo, o modelo supersimétrico padrão afirma que cada partícula no modelo padrão tem um parceiro de antimatéria. Essas hipotéticas partículas pesadas podem deformar elétrons ao ponto que os pesquisadores podem ver. Para testar essas previsões, o novo experimento analisou os elétrons com resolução 10 vezes maior que uma tentativa anterior em 2014.
Os pesquisadores estavam procurando por um fenômeno indescritível e não comprovado chamado momento de dipolo elétrico, no qual a forma esférica de um elétron parece estar deformada - “esmagado em uma extremidade e convexo na outra”, explica DeMille. Esta forma deve ser conseqüência da influência de partículas pesadas na carga do elétron.
Essas partículas seriam “muitas, muitas ordens de magnitude mais fortes” do que as partículas previstas pelo Modelo Padrão, então seria “uma maneira convincente de provar se algo está acontecendo fora das explicações do Modelo Padrão”, diz DeMille.
Para o novo estudo, os pesquisadores usaram feixes de moléculas de óxido de tório frias a uma taxa de 1 milhão por pulso 50 vezes por segundo em uma câmara relativamente pequena no porão da Universidade de Harvard. Os cientistas dispararam lasers contra as moléculas e estudaram como a luz seria refletida a partir delas; a refração na luz indicaria um momento de dipolo elétrico.
Mas não houve distorção na luz refletida, e este resultado lança dúvidas sobre as teorias físicas que prevêem partículas pesadas fervilhando ao redor dos elétrons. Essas partículas podem existir, mas provavelmente diferem do que é descrito nas teorias existentes.
“Nosso resultado diz à comunidade científica para repensar seriamente as teorias alternativas”, diz DeMille.
Enquanto o experimento avaliou o comportamento das partículas em torno dos elétrons, ele também forneceu informações importantes para a busca de matéria escura. Como as partículas subatômicas, a matéria escura não pode ser observada diretamente. Mas os astrofísicos sabem que existe porque observaram sua influência gravitacional nas estrelas, planetas e luz.
“Assim como nós, os astrofísicos olham para onde muitas teorias previram um sinal”, diz DeMille. "E enquanto eles não vêem nada, e nós não vemos nada."
Tanto a matéria escura quanto as novas partículas subatômicas que o Modelo Padrão não previu permanecem para serem vistas diretamente; no entanto, um crescente corpo de evidências conclusivas sugere que esses fenômenos existem. Mas antes que os cientistas os encontrem, provavelmente vale a pena descartar algumas teorias antigas.
“As previsões sobre a aparência das partículas subatômicas parecem cada vez mais implausíveis”, diz DeMille.
