Confirmado: el electrón es la esfera más perfecta del universo

Los científicos han examinado con una precisión sin precedentes esta partícula elemental. La conclusión vuelve a respaldar el modelo estándar de la Física.

esfera

Ya en 2011 pensábamos que el electrón era una esfera perfecta, o mejor dicho, casi perfecta, pues la cifra que separa a esta partícula de la perfección es menos de 0,000000000000000000000000001 cm, una cantidad bastante insignificante. Ahora, sabemos que esta partícula elemental sigue siendo la esfera más perfecta del universo, según una nueva medición hecha por expertos de las universidades de Northwestern, Harvard y Yale (EE. UU.).

 

Si hubiéramos descubierto que la forma no era redonda, este sería el mayor titular en física de las últimas décadas, pero nuestro descubrimiento sigue siendo igual de importante científicamente porque fortalece el modelo estándar de la física de partículas y excluye modelos alternativos”, explica Gerald Gabrielse, coautor del estudio que publica la revista Nature.

 

El electrón obtiene su figura de la forma en que las cargas positivas y negativas se distribuyen dentro de la partícula. La mejor teoría de cómo se comportan las partículas, llamada modelo estándar de la física de partículas, sostiene que el electrón debería mantener su redonda figura casi a la perfección.

Pero algunas teorías sugerían que un grupo de partículas subatómicas hipotéticas fuera del electrón podría crear una ligera separación entre las cargas positivas y negativas, dando al electrón una forma de pera. Esa separación de carga se denomina
momento dipolar eléctrico o EDM. La búsqueda de un EDM de electrones puede revelar si las partículas que no existen en el modelo estándar están suspendidas alrededor del electrón sin ser detectadas.

 

Con este objetivo en mente, el equipo disparó un haz de moléculas de óxido de torio frías a una cámara del tamaño de un escritorio grande. Luego, los investigadores estudiaron la luz emitida por las moléculas. Una luz torcida indicaría un momento dipolo eléctrico. Como la luz no se torció, el equipo de investigación concluyó que la forma del electrón era, de hecho, redonda, confirmando la predicción del modelo estándar. Que no haya evidencia de un momento dipolo eléctrico significa que no hay evidencia de esas partículas hipotéticas más pesadas. Y si a pesar de todo estas partículas existen, sus propiedades difieren de las predichas por los teóricos.

Así, los investigadores del nuevo estudio sondearon el EDM del electrón con la mayor precisión posible: dispararon un haz de moléculas de óxido de torio frías a una cámara del tamaño de un escritorio de gran tamaño. Luego, estudiaron la luz emitida por las moléculas. Como la luz no se torció (no hubo momento dipolo eléctrico), no se produjo ningún cambio en esta nueva medición, por lo que los expertos concluyeron que la forma del electrón era redonda que confirmaba nuevamente la predicción del modelo estándar.
No hay ninguna ventana abierta a una nueva física (por el momento).

 

El hallazgo mejora la última mejor medida del equipo por un factor de 10 para encontrar un EDM de 10-29 centímetros de carga de electrones.

 

Más dudas

 

"El modelo estándar tal y como está no puede ser correcto porque no puede predecir por qué existe el universo", dijo Gabrielse. "Esa es una laguna bastante grande".

 

Parece que, por el momento, no sabemos dónde está el gazapo del modelo estándar.

 

De todas formas, este resultado podría dificultar que el Gran Colisionador de Hadrones, ubicado en el laboratorio CERN cerca de Ginebra, encuentre signos de nueva física más allá del modelo estándar. El LHC golpea partículas de protones juntas a altas velocidades para crear nuevas partículas y probar sus propiedades. Los físicos quieren encontrar signos de partículas que no están en el modelo estándar porque esa teoría no puede explicar algunas características cruciales del universo, como por qué hay más materia que antimateria. Pero hasta ahora, el LHC no nos ha dado la respuesta. La nueva medición sugiere que cualquier partícula extra que exista puede estar permanentemente fuera del alcance del LHC.

 

Parece ser que hemos superado lo que el LHC puede ver. Se nos ha quedado pequeño.

Hay una salida para el LHC: el cálculo de
The ACME Collaboration supuso cierta explicación para la diferencia entre la materia y la antimateria en el universo. Si esa suposición no se sostiene, entonces las nuevas partículas podrían ser lo suficientemente livianas para que el LHC las produzca. Pero también nos quedaríamos sin una explicación de por qué la materia domina a la antimateria.

 

 

El sucesor propuesto para el LHC, el Future Circular Collider (FCC), podría darnos estas respuestas si alguna vez se construye. Por el momento, está en fase de diseño con objeti de ampliar la investigación que actualmente se está llevando a cabo en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), una vez que este último llegue al final de su vida útil.

El objetivo del FCC es empujar las fronteras de energía e intensidad de los colisionadores de partículas,
con el propósito de alcanzar energías de colisión de 100 TeV, en búsqueda de nuevas físicas.

 

Referencia: ACME Collaboration, Improved limit on the electric dipole moment of the electron, Nature (2018). DOI: 10.1038/s41586-018-0599-8

 

Crédito imagen: Nicolle R. Fuller, Fundación Nacional de Ciencia