Sfondo di un cerchio di neon blu. Illustrazione vettoriale. Crediti: Shutterstock
L’elettrone somiglia di più a una biglia che a un uovo: la particella è infatti quasi perfettamente sferica. Ad affermarlo, oggi, i fisici delle particelle di Yale e Harvard della ACME Collaboration, che hanno riportato la misura più precisa mai ottenuta sulla “forma” dell’elettrone. Lo studio è stato appena pubblicato su Science Express.
Il team ricerca gli stessi tipi di particelle cercate anche negli esperimenti del Large Hadron Collider (LHC) al CERN di Ginevra, e lo fa utilizzando metodi sorprendentemente differenti.In particolare, ACME Collaboration sta cercando la presenza di nuove particelle (dunque di nuova fisica) attraverso la misurazione degli eventuali loro effetti sulla forma dell’elettrone, una particella elementare che orbita all’interno di ogni singolo atomo.
Alcune teorie fisiche, come la Supersimmetria (SUSY), introducono l’esistenza di nuove particelle, che finora non sono mai state osservate e non sono previste dal Modello Standard, il modello teorico che da 50 anni descrive tutte le particelle esistenti e dunque l’universo conosciuto.
In generale, la Supersimmetria è un modello teorico che introduce un partner supersimmetrico per ogni particella esistente, e i due partner della coppia differiscono per una proprietà fisica chiamata spin (se una particella è di spin intero la sua compagna è di spin semintero).
“Sappiamo che il Modello Standard non racchiude tutto”, ha affermato il fisico David DeMille di Yale, che insieme a John Doyle e Gerald Gabrielse di Harvard guida il team di ACME. “Come i colleghi dell’LHC, stiamo cercando di osservare qualcosa in laboratorio che sia differente dalle predizioni del Modello Standard”.
In questi modelli, le nuove particelle, come nuvole intorno all’elettrone, potrebbero modificare la sua “forma”, o più correttamente (dato che l’elettrone è una particella indivisibile e senza struttura interna) la simmetria delle sue interazioni con i campi esterni, cioè con altre cariche. In questo modo l’elettrone acquisirebbe un “momento di dipolo elettrico” (eEDM), una grandezza che in generale quantifica la separazione tra due cariche di segno opposto e, in questo caso, l’asimmetria dovuta a queste interazioni con altre cariche. I ricercatori hanno misurato proprio questo momento di dipolo elettrico. Come? Utilizzando elettroni all’interno di una molecola polare – con una carica positiva da un lato e una carica negativa dall’altro – chiamata monossido di torio. Le proprietà di questa molecola amplificano la deformazione dell’elettrone e diminuiscono la possibilità di effetti che potrebbero ingannare sulla presenza di una falsa deformazione.
Il team è riuscito ad ottenere la misura più accurata mai raggiunta, migliorando la sua precisione di un fattore superiore a 10: “Se si immagina un elettrone gonfiato fino alle dimensioni della Terra, il nostro esperimento sarebbe stato in grado di vedere il movimento dall’emisfero meridionale all’emisfero settentrionale di uno strato 10.000 volte più sottile di un capello umano”, ha spiegato DeMille. Il tutto in un piccolo laboratorio universitario.
Al di là della precisione dell’esperimento, però, quello che è molto interessante è suo il risultato: l’elettrone è più “sferico” di quello che prevedono le teorie differenti dal Modello Standard: molte varianti della supersimmetria, infatti, prevedono una forma meno circolare per l’elettrone rispetto a quella trovata sperimentalmente da ACME. “È sorprendente che alcune di queste particelle supersimmetriche previste dovrebbero “spremere” l’elettrone in una sorta di particella a forma di uovo”, ha detto Doyle. “Il nostro esperimento ci sta dicendo che questo non avviene al nostro livello di sensibilità”. E i ricercatori proseguono:“Se la forma dell’elettrone è troppo sferica, si dimostrerà che molte di queste teorie non sono corrette. Se le particelle previste da queste versioni di supersimmetria fossero davvero esistite, inoltre, esse avrebbero causato una deformazione maggiore sulla forma dell’elettrone, nota appunto come momento di dipolo elettrico”.
Per saperne di più:
- l’articolo Order of Magnitude Smaller Limit on the Electric Dipole Moment of the Electron di The ACME Collaboration, J. Baron et al. pubblicato sulla rivista Science Express