Los electrones son absolutamente redondos y algunos físicos están descontentos con esto.
El nuevo experimento capturó las imágenes de electrones más detalladas hasta la fecha. Los científicos han utilizado láseres para detectar evidencia de partículas que rodean las partículas. Al iluminar moléculas, los investigadores pudieron comprender cómo las partículas subatómicas alteran la distribución de la carga de un electrón.
La forma circular simétrica de los electrones sugiere que las partículas invisibles no son lo suficientemente grandes como para cambiar la forma de los electrones a ovalada. Los resultados del estudio reafirman una antigua teoría física conocida como Modelo Estándar, que describe cómo se comportan las partículas y fuerzas del universo.
Y al mismo tiempo, el nuevo descubrimiento podría convertir varias teorías de la física alternativa que intentan encontrar información faltante sobre fenómenos que el Modelo Estándar no puede explicar.
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Dado que las partículas subatómicas no se pueden observar directamente, los científicos aprenden sobre ellas a través de evidencia circunstancial. Al observar lo que sucede en el vacío alrededor de electrones cargados negativamente que se cree están rodeados por nubes de partículas aún invisibles, los investigadores pueden crear modelos para el comportamiento de los subátomos.
El modelo estándar describe las interacciones entre todos los componentes básicos de la materia, así como las fuerzas que actúan sobre las partículas subatómicas. Durante décadas, esta teoría ha predicho con éxito cómo se comportará la materia.
Sin embargo, hay varios puntos que el modelo no puede explicar. Por ejemplo, la materia oscura, una sustancia misteriosa e invisible que es capaz de atraer la gravedad, pero que no emite luz. Además, el modelo no explica la gravedad, así como otras fuerzas fundamentales que afectan la materia.
Las teorías de la física alternativa ofrecen respuestas donde falla el modelo estándar. El Modelo Estándar predice que las partículas que rodean a un electrón afectan su forma, pero en una escala tan infinitesimal que es casi imposible de detectar usando la tecnología existente.
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Pero otras teorías dicen que todavía hay partículas pesadas no reveladas. Por ejemplo, el modelo estándar supersimétrico establece que cada partícula en el modelo estándar tiene un compañero de antimateria. Estas hipotéticas partículas pesadas pueden deformar los electrones hasta el punto que los investigadores pueden ver. Para probar estas predicciones, el nuevo experimento analizó electrones a 10 veces la resolución de un intento anterior en 2014.
Los investigadores buscaban un fenómeno escurridizo y no comprobado llamado momento dipolar eléctrico, en el que la forma esférica de un electrón parece estar deformada: “aplastada en un extremo y convexa en el otro”, explica DeMille. Esta forma debería ser consecuencia de la influencia de partículas pesadas en la carga de electrones.
Estas partículas serían "muchos, muchos órdenes de magnitud más fuertes" que las partículas predichas por el Modelo Estándar, por lo que sería "una forma convincente de probar si algo está sucediendo fuera de las explicaciones del Modelo Estándar", dice DeMille.
Para el nuevo estudio, los investigadores utilizaron haces de moléculas de óxido de torio frías a una velocidad de 1 millón por pulso 50 veces por segundo en una cámara relativamente pequeña en el sótano de la Universidad de Harvard. Los científicos dispararon láseres a las moléculas y estudiaron cómo se reflejaba la luz de ellas; la refracción en la luz indicaría un momento dipolar eléctrico.
Pero no hubo distorsión en la luz reflejada, y este resultado arroja dudas sobre las teorías físicas que predicen que las partículas pesadas pululan alrededor de los electrones. Estas partículas pueden existir, pero es probable que difieran de lo que se describe en las teorías existentes.
“Nuestro resultado le dice a la comunidad científica que reconsidere seriamente las teorías alternativas”, dice DeMille.
Si bien el experimento evaluó el comportamiento de las partículas alrededor de los electrones, también proporcionó información importante para la búsqueda de materia oscura. Como las partículas subatómicas, la materia oscura no se puede observar directamente. Pero los astrofísicos saben que existe porque han observado su influencia gravitacional en las estrellas, los planetas y la luz.
"Al igual que nosotros, los astrofísicos miran hacia donde muchas teorías han predicho una señal", dice DeMille. "Y mientras ellos no ven nada, y nosotros no vemos nada".
Tanto la materia oscura como las nuevas partículas subatómicas que el Modelo Estándar no predijo quedan por verse directamente; sin embargo, un creciente cuerpo de evidencia concluyente sugiere que estos fenómenos existen. Pero antes de que los científicos los encuentren, probablemente valga la pena descartar algunas teorías antiguas.
“Las predicciones sobre el aspecto de las partículas subatómicas parecen cada vez más inverosímiles”, dice DeMille.
