Físicos Modelan Electrones Con Detalles Sin Precedentes - Alerta De Spoiler: Son Redondos

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Las partículas subatómicas que nunca se han visto no son como lo que algunos científicos predijeron.

Los electrones son extremadamente redondos, y algunos físicos no están contentos con eso.

Un nuevo experimento capturó la vista más detallada de los electrones hasta la fecha, utilizando láseres para revelar evidencia de partículas que rodean las partículas, informaron los investigadores en un nuevo estudio. Al iluminar las moléculas, los científicos pudieron interpretar cómo otras partículas subatómicas alteran la distribución de la carga de un electrón. [Los 18 mayores misterios sin resolver en la física]

La redondez simétrica de los electrones sugiere que las partículas invisibles no son lo suficientemente grandes como para inclinar los electrones en formas oblongas aplastadas u óvalos. Estos hallazgos confirman una vez más una teoría física de larga data, conocida como el Modelo Estándar, que describe cómo se comportan las partículas y las fuerzas en el universo.

Al mismo tiempo, este nuevo descubrimiento podría anular varias teorías físicas alternativas que intentan llenar los espacios en blanco sobre los fenómenos que el Modelo Estándar no puede explicar. Esto envía a algunos físicos probablemente muy descontentos al tablero de dibujo, dijo el coautor del estudio, David DeMille, profesor del Departamento de Física de la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut.

"Ciertamente no va a hacer muy feliz a nadie", dijo DeMille a WordsSideKick.com.

Una teoría bien probada

Debido a que las partículas subatómicas aún no se pueden observar directamente, los científicos aprenden sobre los objetos a través de evidencia indirecta. Observando lo que sucede en el vacío alrededor de electrones cargados negativamente, que se cree que están llenos de nubes de partículas que aún no se han visto, los investigadores pueden crear modelos de comportamiento de partículas, dijo DeMille.

El Modelo Estándar describe la mayoría de las interacciones entre todos los bloques de construcción de la materia, así como las fuerzas que actúan sobre esas partículas. Durante décadas, esta teoría ha predicho con éxito cómo se comporta la materia.

Sin embargo, hay algunas excepciones molestas al éxito explicativo del modelo. El Modelo Estándar no explica la materia oscura, una sustancia misteriosa e invisible que ejerce una atracción gravitatoria, sin emitir luz. Y el modelo no tiene en cuenta la gravedad junto con otras fuerzas fundamentales que influyen en la materia, según la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN).

Las teorías de la física alternativa ofrecen respuestas donde el modelo estándar se queda corto. El Modelo Estándar predice que las partículas que rodean a los electrones sí afectan la forma de un electrón, pero a una escala tan infinitesimal que puede ser prácticamente indetectable utilizando la tecnología existente. Pero otras teorías sugieren que existen partículas pesadas aún por descubrir. Por ejemplo, el modelo estándar supersimétrico postula que cada partícula en el modelo estándar tiene un socio de antimateria. Estas partículas hipotéticas de peso pesado deformarían los electrones al grado que los investigadores deberían poder observar, dijeron los autores del nuevo estudio.

Electrones iluminadores

Para probar esas predicciones, nuevos experimentos observaron electrones a una resolución 10 veces mayor que los esfuerzos anteriores, completados en 2014; ambas investigaciones fueron conducidas por el proyecto de investigación Advanced Cold Molecule Electron Electric Dipole Moment Search (ACME).

Los investigadores buscaron un fenómeno elusivo (y no probado) llamado el momento dipolo eléctrico, en el que la forma esférica de un electrón aparece deformada: "abollada en un extremo y abombada en el otro", explicó DeMille, debido a las partículas pesadas que influyen en la carga del electrón.

Estas partículas serían "muchos, muchos órdenes de magnitud más grandes" que las partículas pronosticadas por el Modelo Estándar, "por lo que es una manera muy clara de saber si algo nuevo está pasando más allá del Modelo Estándar", dijo DeMille.

Para el nuevo estudio, los investigadores de ACME dirigieron un haz de moléculas de óxido de torio frío a una tasa de 1 millón por pulso, 50 veces por segundo, a una cámara relativamente pequeña en un sótano en la Universidad de Harvard. Los científicos eliminaron las moléculas con láser y estudiaron la luz reflejada por las moléculas; Las curvas en la luz apuntarían a un momento dipolo eléctrico.

Según los investigadores, no hubo giros en la luz reflejada, y este resultado proyecta una sombra oscura sobre las teorías físicas que predijeron partículas pesadas alrededor de los electrones. Esas partículas podrían seguir existiendo, pero serían muy diferentes de cómo se han descrito en las teorías existentes, dijo DeMille en un comunicado.

"Nuestro resultado le dice a la comunidad científica que necesitamos repensar seriamente algunas de las teorías alternativas", dijo DeMille. [Extraños quarks y muones, ¡oh! Partículas minúsculas de la naturaleza disecadas]

Descubrimientos oscuros

Si bien este experimento evaluó el comportamiento de las partículas alrededor de los electrones, también proporciona implicaciones importantes para la búsqueda de materia oscura, dijo DeMille. Al igual que las partículas subatómicas, la materia oscura no se puede observar directamente. Pero los astrofísicos saben que está ahí, porque han observado su impacto gravitatorio en las estrellas, los planetas y la luz.

"Al igual que nosotros, los astrofísicos buscan en el corazón de donde muchas teorías han estado prediciendo, durante mucho tiempo y por muy buenas razones, debería aparecer una señal", dijo DeMille. "Y sin embargo, no están viendo nada, y no estamos viendo nada".

Tanto la materia oscura como las nuevas partículas subatómicas que no fueron predichas por el Modelo Estándar aún no han sido detectadas directamente; aún así, un creciente cuerpo de evidencia convincente sugiere que estos fenómenos existen.Pero antes de que los científicos puedan encontrarlos, probablemente será necesario eliminar algunas ideas antiguas sobre su aspecto, agregó DeMille.

"Las expectativas sobre nuevas partículas se ven cada vez más como si hubieran estado equivocadas", dijo.

Los hallazgos fueron publicados en línea hoy (17 de octubre) en la revista Nature.

Originalmente publicado en WordsSideKick.com.


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