Os elétrons são extremamente redondos e alguns físicos não estão satisfeitos com isso.
Um novo experimento capturou a visão mais detalhada dos elétrons até o momento, usando lasers para revelar evidências de partículas ao seu redor, relataram pesquisadores em um novo estudo. Ao iluminar moléculas, os cientistas foram capazes de interpretar como outras partículas subatômicas alteram a distribuição da carga de um elétron.
A redondeza simétrica dos elétrons sugeria que as partículas invisíveis não eram grandes o suficiente para distorcer os elétrons em formas oblongas ou ovais esmagadas. Essas descobertas confirmam mais uma vez a teoria da física de longa data, conhecida como Modelo Padrão, que descreve como as partículas e forças do universo se comportam.
Ao mesmo tempo, essa nova descoberta pode derrubar várias teorias da física alternativa que tentam preencher os espaços em branco sobre fenômenos que o Modelo Padrão não pode explicar. Isso envia alguns físicos provavelmente muito descontentes de volta à prancheta, disse o co-autor do estudo David DeMille, professor do Departamento de Física da Universidade de Yale, em New Haven, Connecticut.
"Certamente não vai deixar ninguém muito feliz", disse DeMille à Live Science.
Uma teoria bem testada
Como as partículas subatômicas ainda não podem ser observadas diretamente, os cientistas aprendem sobre os objetos por meio de evidências indiretas. Ao observar o que acontece no vácuo em torno de elétrons carregados negativamente - que se pensa estar fervilhando de nuvens de partículas ainda não vistas -, os pesquisadores podem criar modelos de comportamento de partículas, disse DeMille.
O Modelo Padrão descreve a maioria das interações entre todos os componentes da matéria, bem como as forças que atuam sobre essas partículas. Durante décadas, essa teoria previu com sucesso como a matéria se comporta.
No entanto, existem algumas exceções persistentes ao sucesso explicativo do modelo. O Modelo Padrão não explica a matéria escura, uma substância misteriosa e invisível que exerce uma força gravitacional, mas não emite luz. E o modelo não explica a gravidade ao lado de outras forças fundamentais que influenciam a matéria, de acordo com a Organização Européia de Pesquisa Nuclear (CERN).
Teorias alternativas da física oferecem respostas onde o Modelo Padrão fica aquém. O Modelo Padrão prevê que as partículas ao redor dos elétrons afetam a forma de um elétron, mas em uma escala infinitesimal que é praticamente indetectável usando a tecnologia existente. Mas outras teorias sugerem que existem partículas pesadas ainda não descobertas. Por exemplo, o Modelo Padrão Supersimétrico postula que cada partícula no Modelo Padrão tem um parceiro de antimatéria. Essas hipotéticas partículas pesadas deformariam os elétrons a um nível que os pesquisadores deveriam observar, disseram os autores do novo estudo.
Elétrons iluminantes
Para testar essas previsões, novos experimentos analisaram elétrons com uma resolução 10 vezes maior que os esforços anteriores, concluídos em 2014; ambas as investigações foram conduzidas pelo projeto de pesquisa Advanced Moment Dipole Electric Molecule Electron Electric Dipole Moment (ACME).
Os pesquisadores procuraram um fenômeno ilusório (e não comprovado) chamado momento dipolo elétrico, no qual a forma esférica de um elétron parece deformada - "amassada em uma extremidade e abaulada na outra", explicou DeMille - por causa de partículas pesadas que influenciam a carga do elétron.
Essas partículas seriam "muitas, muitas ordens de magnitude maiores" do que as previstas pelo Modelo Padrão, "portanto, é uma maneira muito clara de saber se algo novo está acontecendo além do Modelo Padrão", disse DeMille.
Para o novo estudo, os pesquisadores da ACME direcionaram um feixe de moléculas frias de óxido de tório a uma taxa de 1 milhão por pulso, 50 vezes por segundo, em uma câmara relativamente pequena em um porão da Universidade de Harvard. Os cientistas zapearam as moléculas com lasers e estudaram a luz refletida pelas moléculas; curvas na luz apontariam para um momento de dipolo elétrico.
Mas não houve reviravoltas na luz refletida, e esse resultado lança uma sombra escura sobre as teorias da física que previam partículas pesadas ao redor de elétrons, disseram os pesquisadores. Essas partículas ainda podem existir, mas seriam muito diferentes de como foram descritas nas teorias existentes, disse DeMille em comunicado.
"Nosso resultado diz à comunidade científica que precisamos repensar seriamente algumas das teorias alternativas", disse DeMille.
Descobertas sombrias
Embora esse experimento avalie o comportamento das partículas ao redor dos elétrons, também fornece implicações importantes para a busca de matéria escura, disse DeMille. Como partículas subatômicas, a matéria escura não pode ser observada diretamente. Mas os astrofísicos sabem que está lá, porque observaram seu impacto gravitacional nas estrelas, planetas e luz.
"Bem como nós, estamos olhando para o coração de onde muitas teorias vêm prevendo - há muito tempo e por muito boas razões - um sinal deve aparecer", disse DeMille. "E, no entanto, eles não estão vendo nada e não estamos vendo nada."
A matéria escura e as novas partículas subatômicas que não foram previstas pelo Modelo Padrão ainda precisam ser identificadas diretamente; Ainda assim, um crescente corpo de evidências convincentes sugere que esses fenômenos existem. Mas antes que os cientistas possam encontrá-los, algumas idéias de longa data sobre a aparência delas provavelmente precisarão ser descartadas, acrescentou DeMille.
"As expectativas sobre novas partículas parecem cada vez mais erradas", disse ele.
As descobertas foram publicadas on-line hoje (17 de outubro) na revista Nature.
