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新实验捕捉到迄今最详细电子详细结构:对称圆形

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发表于 2018-11-5 14:50:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
來源: 新浪科技


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图中是艺术家描绘实验过程中电子在两束激光之间穿行,电子围绕轴旋转,因为其它亚原子粒子云团不断地喷射和重新吸收。

新浪科技讯 北京时间11月2日消息,据国外媒体报道,研究人员在最新一项研究报告中指出,最新实验捕捉到迄今为止最详细的电子图像,利用激光能够揭晓粒子周围的粒子证据。通过激活粒子,科学家能够解释其它亚原子粒子是如何改变电子电荷分布的。
  他们的研究结果表明,电子是对称圆形结构。暗示这种无形粒子并不大,无法将电子扭曲成压扁的椭圆形。这些发现再次证实一个长期存在的物理学理论——“标准模型”,该模型可以描述宇宙中粒子和作用力的行为特征。
  与此同时,这项最新发现可能推翻填补标准模型无法解释的空缺现象的替代物理理论,研究报告合著作者、美国耶鲁大学物理系教授戴维·德米尔(David DeMille)称,这可能让一些非常不满的物理学家重新回到设计阶段,这肯定不会让任何人感到高兴。
  良性测试理论
  由于亚原子粒子还不能被直接观察到,因此科学家只能通过间接证据了解它们。德米尔说:“通过观察负电荷电子周围真空发生的变化,研究人员可以建立粒子行为模型。”
  标准模型描述了所有物质组成部分之间大部分的相互作用,以及作用在这些粒子上的力。几十年以来,该理论成功地预测了物质行为特征。
  然而,对于标准模型解释的成功性,也产生了一些令人烦恼的事情。例如:标准模型并未解释暗物质,这是一种神秘、不可见物质,它会产生引力,却不会释放光线。根据欧洲核子研究中心的观点,标准模型没有考虑到重力,以及其它影响物质的基本作用力。
  德米尔在研究中指出,替代物理理论为标准模型的不足提供了答案。标准模型预测环绕电子周围的粒子将影响电子外形结构,但在这样一个无限小的尺度中,使用现有技术几乎无法探测。但是其他理论暗示到目前为止还有未发现的重粒子,例如:超对称标准模型假设认为,标准模型中每个粒子都有反物质伴侣。这些假设的重量级粒子将扭曲电子达到研究人员可以观测的等级。
  照亮电子
  为了验证这些预测,最新实验以2014年完成实验高10倍分辨率的设备观察电子,2014年和当前的这两项研究工作都是由“高级冷分子电子偶极矩搜索(ACME)”完成的。
  研究人员搜寻了一种难以捉摸(并且未经证实)的现象,即电偶极矩(electric dipole moment),在这种现象中,电子的球形结构出现了变形——一侧凹陷,另一侧凸起。德米尔解释称,该现象的形成与重粒子影响电子电荷有关。
  德米尔说:“这些粒子标准模型预测粒子大许多个数量级,因此这是一种非常清晰的方法判断标准模型之外是否有新事物正在发生。”
  对于这项最新研究,ACME研究人员导入一束冷氧化钍分子,速度为每脉冲100万次,每秒50次,将其注入哈佛大学地下室一个相对狭小的房间。科学家们使用激光轰击分子,研究分子反射的光线,光线发生弯曲则指向一个电偶极矩。
研究人员表示,但是反射光未出现任何扭曲,该结果对预测电子周围重粒子的物理学理论蒙上了一层阴影。德米尔在一份声明中称,这些粒子可能仍然存在,但是它们将与现有理论描述的情况不太一致。德米尔说:“我们的研究结果向科学界证实一点,我们需要认真反思一些替代理论观点。”
  暗物质发现
  德米尔表示,虽然这项实验评估了电子周围的粒子行为,但是它也为暗物质研究提供了重要启示。像亚原子粒子一样,暗物质也不能被直接观察到,但是天体物理学家知道暗物质存在,因为他们观察发现暗物质对恒星、行星和宇宙光线产生引力影响。
  他说:“天体物理学家和我们一样,都在努力寻找许多预测理论的核心,现已进行很长一段时间,并且理由非常充分,我们认为相关的信号应当出现。然而,它们是无法直接看到的,我们的肉眼什么也看不到。”
  目前,标准模型还没有预测到暗物质和新的亚原子粒子,它们未被直接发现。尽管如此,越来越多令人信服的证据表明,这些现象确实存在。但在科学家找到之前,一些长期存在的关于它们外观状况的想法可能需要被废弃。这项最新研究报告发表在10月17日出版的《自然》杂志上。

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