Elektron benar-benar bulat, dan beberapa fisikawan tidak senang dengan ini.
Eksperimen baru menangkap gambar elektron paling detail hingga saat ini. Ilmuwan telah menggunakan laser untuk mendeteksi bukti partikel yang mengelilingi partikel. Dengan menerangi molekul, para peneliti dapat memahami bagaimana partikel subatom mengubah distribusi muatan elektron.
Bentuk elektron melingkar simetris menunjukkan bahwa partikel tak terlihat tidak cukup besar untuk mengubah bentuk elektron menjadi oval. Hasil studi tersebut menegaskan kembali teori fisika lama yang dikenal dengan Standard Model, yang menjelaskan bagaimana partikel dan gaya di alam semesta berperilaku.
Dan pada saat yang sama, penemuan baru ini dapat mengubah beberapa teori fisika alternatif yang mencoba menemukan informasi yang hilang tentang fenomena yang tidak dapat dijelaskan oleh Model Standar.
Karena partikel subatom tidak dapat diamati secara langsung, para ilmuwan mempelajarinya melalui bukti tidak langsung. Dengan mengamati apa yang terjadi dalam ruang hampa di sekitar elektron bermuatan negatif yang diyakini dikelilingi oleh awan partikel yang belum terlihat, para peneliti dapat membuat model untuk perilaku subatom.
Model Standar menjelaskan interaksi antara semua bahan penyusun materi, serta gaya yang bekerja pada partikel subatom. Selama beberapa dekade, teori ini telah berhasil meramalkan bagaimana materi akan berperilaku.
Namun, ada beberapa hal yang tidak dapat dijelaskan oleh model tersebut. Misalnya, materi gelap, zat misterius dan tak terlihat yang mampu menarik gravitasi, tetapi tidak memancarkan cahaya. Selain itu, model tersebut tidak menjelaskan gravitasi, serta gaya fundamental lain yang memengaruhi materi.
Teori fisika alternatif menawarkan jawaban jika Model Standar gagal. Model Standar memprediksikan bahwa partikel-partikel yang mengelilingi elektron mempengaruhi bentuknya, tetapi dalam skala yang sangat kecil sehingga hampir tidak mungkin untuk dideteksi dengan menggunakan teknologi yang ada.
Video promosi:
Tetapi teori lain mengatakan masih ada partikel berat yang tidak diungkapkan. Misalnya, model standar supersimetrik menyatakan bahwa setiap partikel dalam model standar memiliki pasangan antimateri. Partikel berat hipotetis ini dapat mengubah bentuk elektron ke titik yang dapat dilihat para peneliti. Untuk menguji prediksi ini, percobaan baru mengamati elektron pada 10 kali resolusi dari percobaan sebelumnya pada tahun 2014.
Para peneliti sedang mencari fenomena yang sulit dipahami dan belum terbukti yang disebut momen dipol listrik, di mana bentuk bola elektron tampaknya berubah bentuk - "hancur di satu ujung dan cembung di ujung lainnya," jelas DeMille. Bentuk ini seharusnya merupakan konsekuensi dari pengaruh partikel berat pada muatan elektron.
Partikel ini akan menjadi "banyak, banyak lipat lebih kuat" daripada partikel yang diprediksi oleh Model Standar, jadi ini akan menjadi "cara yang menarik untuk membuktikan apakah sesuatu terjadi di luar penjelasan Model Standar," kata DeMille.
Untuk studi baru, para peneliti menggunakan berkas molekul oksida torium dingin dengan kecepatan 1 juta per denyut 50 kali per detik di ruang yang relatif kecil di ruang bawah tanah Universitas Harvard. Ilmuwan menembakkan laser ke molekul dan mempelajari bagaimana cahaya akan dipantulkan dari mereka; refraksi cahaya akan menunjukkan momen dipol listrik.
Tetapi tidak ada distorsi dalam pantulan cahaya, dan hasil ini meragukan teori fisika yang memprediksi partikel berat berkerumun di sekitar elektron. Partikel-partikel ini mungkin ada, tetapi kemungkinan besar berbeda dari apa yang dijelaskan dalam teori-teori yang ada.
“Hasil kami memberi tahu komunitas ilmiah untuk secara serius memikirkan kembali teori alternatif,” kata DeMille.
Sementara eksperimen mengevaluasi perilaku partikel di sekitar elektron, eksperimen ini juga memberikan wawasan penting untuk pencarian materi gelap. Seperti partikel subatomik, materi gelap tidak dapat diamati secara langsung. Tetapi astrofisikawan tahu itu ada karena mereka telah mengamati pengaruh gravitasinya pada bintang, planet, dan cahaya.
“Sama seperti kita, ahli astrofisika melihat ke mana banyak teori telah memprediksi sinyal,” kata DeMille. "Dan sementara mereka tidak melihat apa-apa, dan kita tidak melihat apa-apa."
Baik materi gelap maupun partikel subatom baru yang tidak diprediksi Model Standar tetap dapat dilihat secara langsung; namun semakin banyak bukti konklusif yang menunjukkan bahwa fenomena ini ada. Tapi sebelum ilmuwan menemukannya, mungkin ada baiknya membuang beberapa teori lama.
“Prediksi tentang seperti apa partikel subatom terlihat semakin tidak masuk akal,” kata DeMille.
