En un nuevo estudio, investigadores de Northwestern, Las universidades de Harvard y Yale examinaron la forma de la carga de un electrón con una precisión sin precedentes para confirmar que es perfectamente esférica. Una carga ligeramente aplastada podría haber indicado desconocido, partículas pesadas difíciles de detectar en presencia del electrón, un descubrimiento que podría haber puesto patas arriba a la comunidad física mundial.

"Si hubiéramos descubierto que la forma no era redonda, ese sería el titular más importante en física de las últimas décadas, "dijo Gerald Gabrielse, quien dirigió la investigación en Northwestern. "Pero nuestro hallazgo sigue siendo igualmente significativo desde el punto de vista científico porque refuerza el modelo estándar de física de partículas y excluye modelos alternativos".

El estudio se publicará el 18 de octubre en la revista Naturaleza . Además de Gabrielse, la investigación fue dirigida por John Doyle, el Profesor Henry B. Silsbee de Física en Harvard, y David DeMille, profesor de física en Yale. El trío lidera la Búsqueda de Momento de Dipolo Eléctrico de Electrones de Molécula Fría Avanzada (ACME) financiada por la National Science Foundation (NSF).

El modelo estándar subestándar

Una teoría de larga data, el modelo estándar de física de partículas describe la mayoría de las fuerzas y partículas fundamentales del universo. El modelo es una imagen matemática de la realidad, y ningún experimento de laboratorio realizado hasta ahora lo ha contradicho.

Esta falta de contradicción ha desconcertado a los físicos durante décadas.

"El modelo estándar tal como está no puede ser correcto porque no puede predecir por qué existe el universo, "dijo Gabrielse, el Profesor de Física de la Junta de Fideicomisarios en Northwestern. "Esa es una laguna bastante grande".

Gabrielse y sus colegas de ACME han pasado sus carreras tratando de cerrar esta laguna examinando las predicciones del Modelo Estándar y luego tratando de confirmarlas a través de experimentos de sobremesa en el laboratorio.

Intentando "arreglar" el modelo estándar, muchos modelos alternativos predicen que la esfera aparentemente uniforme de un electrón está en realidad aplastada asimétricamente. Uno de esos modelos, llamado Modelo Supersimétrico, postula que desconocido, Las partículas subatómicas pesadas influyen en el electrón para alterar su forma perfectamente esférica, un fenómeno no probado llamado "momento dipolar eléctrico". Estos desconocidos las partículas más pesadas podrían ser responsables de algunos de los misterios más evidentes del universo y posiblemente podrían explicar por qué el universo está hecho de materia en lugar de antimateria.

"Casi todos los modelos alternativos dicen que la carga de electrones bien puede estar aplastada, pero simplemente no hemos mirado con la suficiente sensibilidad, "dijo Gabrielse, el director fundador del nuevo Centro de Física Fundamental de Northwestern. "Es por eso que decidimos mirar allí con una precisión más alta de la que jamás nos habíamos imaginado".

Aplastando las teorías alternativas

El equipo de ACME investigó esta cuestión disparando un haz de moléculas de óxido de torio frías en una cámara del tamaño de un escritorio grande. Luego, los investigadores estudiaron la luz emitida por las moléculas. La luz giratoria indicaría un momento dipolar eléctrico. Cuando la luz no se torció, el equipo de investigación concluyó que la forma del electrón era, De hecho, ronda, confirmando la predicción del Modelo Estándar. Si no hay evidencia de un momento dipolar eléctrico, no hay evidencia de esas hipotéticas partículas más pesadas. Si estas partículas existen en absoluto, sus propiedades difieren de las predichas por los teóricos.

"Nuestro resultado le dice a la comunidad científica que debemos repensar seriamente algunas de las teorías alternativas, "Dijo DeMille.

En 2014, el equipo de ACME realizó la misma medición con un aparato más simple. Mediante el uso de métodos láser mejorados y diferentes frecuencias de láser, el experimento actual fue un orden de magnitud más sensible que su predecesor.

"Si un electrón fuera del tamaño de la Tierra, pudimos detectar si el centro de la Tierra estaba a una distancia un millón de veces más pequeña que un cabello humano, "Así de sensible es nuestro aparato", explicó Gabrielse.

Gabrielse, DeMille, Doyle y sus equipos planean seguir afinando su instrumento para realizar mediciones cada vez más precisas. Hasta que los investigadores encuentren evidencia de lo contrario, La forma redonda del electrón, y los misterios del universo, permanecerán.

"Sabemos que el modelo estándar es incorrecto, pero parece que no podemos encontrar dónde está mal. Es como una gran novela de misterio "Dijo Gabrielse." Debemos tener mucho cuidado al hacer suposiciones de que nos estamos acercando a resolver el misterio, pero tengo muchas esperanzas de que estemos acercándonos a este nivel de precisión ".