電子は非常に丸く、一部の物理学者はそれについて満足していません。
新しい実験では、レーザーを使用して粒子を取り巻く粒子の証拠を明らかにすることで、これまでの最も詳細な電子の様子を捉えたと、研究者たちは新しい研究で報告しています。分子を照らすことにより、科学者は他の亜原子粒子が電子の電荷の分布をどのように変化させるかを解釈することができました。
電子の対称的な丸みは、目に見えない粒子が電子を押しつぶした長方形または楕円形に歪めるほど大きくないことを示唆しました。これらの発見は、宇宙における粒子と力がどのように振る舞うかを説明する標準モデルとして知られる、長年の物理理論を再度確認します。
同時に、この新しい発見は、標準モデルでは説明できない現象についての空白を埋めようとするいくつかの代替物理理論を覆す可能性があります。コネチカット州ニューヘブンにあるイェール大学物理学部の教授である研究共同執筆者であるデービッド・デミル氏は、これはおそらく非常に不満を抱いた物理学者たちを元に戻したと述べている。
「それは確かに誰かをとても幸せにするつもりはない」とデミルはライブサイエンスに語った。
十分に検証された理論
素粒子はまだ直接観測できないため、科学者は間接的な証拠を通じて物体について学びます。 DeMille氏によると、研究者は、まだ見えていない粒子の雲で群がっていると考えられる負に帯電した電子の周りの真空で何が起きているかを観察することで、粒子の挙動のモデルを作成できるという。
標準モデルは、物質のすべてのビルディングブロック間の相互作用のほとんどと、それらの粒子に作用する力を記述します。何十年もの間、この理論は物質がどのように振る舞うかをうまく予測してきました。
ただし、モデルの説明的な成功には、いくつかのやっかいな例外があります。標準モデルは、暗黒物質、重力を発揮するが光を出さない神秘的で目に見えない物質を説明していません。また、欧州核研究機構（CERN）によると、モデルは物質に影響を与える他の基本的な力と一緒に重力を考慮していません。
代替物理学理論は、標準モデルが不十分な場合の答えを提供します。標準モデルは、電子を取り巻く粒子が電子の形状に影響を与えると予測していますが、既存の技術ではほとんど検出できないほどの微小スケールです。しかし、他の理論はまだ発見されていない重い粒子があることを示唆しています。たとえば、超対称標準モデルは、標準モデルのすべての粒子に反物質パートナーがあると仮定します。これらの架空の重い粒子は、研究者が観察できる程度に電子を変形させると、新しい研究の著者は述べた。
電子を照らす
これらの予測をテストするために、2014年に完了した新しい実験は、以前の取り組みよりも10倍高い分解能で電子を調べました。どちらの調査も、研究プロジェクトAdvanced Cold Molecule Electron Electric Dipole Moment Search（ACME）によって実施されました。
研究者達は、電子の球形が変形しているように見える、電気双極子モーメントと呼ばれるとらえどころのない（そして立証されていない）現象を求めました。
これらの粒子は、標準モデルで予測される粒子よりも「多く、何桁も大きい」ため、「標準モデル以外に何か新しいことが起こっているかどうかを確認する非常に明確な方法です」とDeMille氏は述べています。
新しい研究では、ACMEの研究者たちは、パルスあたり100万回、毎秒50回の割合で冷たい酸化トリウム分子のビームをハーバード大学の地下室の比較的小さなチャンバーに向けました。科学者たちはレーザーで分子をザッピングし、分子によって反射された光を研究しました。光の曲がりは電気双極子モーメントを指します。
しかし、反射光にねじれはなく、この結果は、電子の周りの重い粒子を予測する物理学理論に暗い影を落とすと研究者らは述べた。デミル氏は声明のなかで、それらの粒子はまだ存在しているかもしれないが、既存の理論でそれらがどのように記述されていたかとは大きく異なると述べた。
「われわれの結果は、科学界に代替理論のいくつかを真剣に再考する必要があることを伝えている」とデミル氏。
暗い発見
この実験では電子の周りの粒子の挙動を評価したが、暗黒物質の探索にも重要な意味があるとデミル氏は語った。素粒子のように、暗黒物質は直接観察することができません。しかし、天体物理学者たちは、星、惑星、光への重力の影響を観察したので、それがそこにあることを知っています。
「私たちと同じように、多くの理論が予測してきたところの中心に-長い間そして非常に正当な理由で-信号が現れるはずです」とDeMilleは言いました。 「それでも、彼らは何も見ていませんし、私たちも何も見ていません。」
標準モデルによって予測されなかった暗黒物質と新しい亜原子粒子の両方は、まだ直接発見されていません。それでも、説得力のある証拠の増加するボディは、これらの現象が存在することを示唆しています。しかし科学者がそれらを見つける前に、彼らがどのように見えるかについてのいくつかの長年の考えはおそらく廃棄される必要があるだろうとデミルは付け加えた。
「新しい粒子についての期待は、彼らが間違っていたようにますます見えている」と彼は言った。
調査結果は、ジャーナルネイチャーで今日（10月17日）オンラインで公開されました。
