Електрон: все-таки круглий!

 

Найточніші на нині вимірювання спростовують існування фізики за межами стандартної моделі. Заряд електрона таки має форму майже ідеальної сфери – як і передбачає стандартна модель. Цей результат спростовує альтернативну теорію, зокрема суперсиметрії, згідно з якою існує ще невідкрита тяжка елементарна частинка. «Вочевидь, ми мусимо зараз серйозно все переосмислити», – констатують науковці в журналі «Nature».

 


Якщо за межами стандартної моделі існують частинки і процеси, це повинно відображатися у формі електрона. Зображення: Nicolle R. Fuller/ NSF​.

 

З одного боку, стандартна модель фізики елементарних частинок багато феноменів космосу описує на диво добре, їх знову й знову підтверджують експерименти та вимірювання. З іншого боку, в цій моделі є великі прогалини. Наприклад, вона не може пояснити, з чого складається темна матерія, чому після Великого вибуху матерія почала домінувати над антиматерією або ж як гравітація вписується в схему елементарних частинок.

 

«Стандартна модель може виявитися неправдивою, – каже Джеральд Габріелзе (Gerald Gabrielse) з Північно-Західного університету. – Адже, наприклад, неможливо пояснити, чому існує наш Всесвіт – це взагалі величезна прогалина». З огляду на це, багато вчених припускає, що існує інша фізика, по той бік стандартної моделі. Різні альтернативні теорії намагаються її описати, зокрема суперсиметрія, яка припускає, що у кожної відомої частинки існує ще невідкритий тяжкий партнер.

 

Доказ існування ще невідкритої тяжкої частинки міг би ховатися в електроні – у формі елементарного заряду. «Всі альтернативні моделі стверджують, що електронний заряд може бути сплющеним», – сказав Габріельзе. Замість круглого елементарний заряд мусив би бути зміщений у певному напрямі – ефект, який називають електричним дипольним моментом електрона. «Якби ми виявили, що форма заряду  електрону не кругла, це б стало найбільшою сенсацією у фізиці останніх десятиліть, – сказав Габріельзе. – Але дотепер ми не могли визначити це достатньо точно».

 

Проте зараз фізики з колаборації «Advanced Cold Molecule Electron» (ACME) розробили метод, який дає змогу виміряти заряд електрона у десять разів точніше, ніж це було можливо раніше. «Якби електрон був завбільшки з Землю, ми б все ще могли роздивитися в ядрі відхилення, в мільйони разів менші, ніж товщина людської волосини – настільки точна наша апаратура», – пояснив Гарбіельзе.

 

Для свого експерименту науковці вистрілювали ультрахолодним променем монооксиду торію (ThO) у магнітно захищену вимірювальну камеру. Промінь містив приблизно мільйон молекул в імпульсі, що проходив між двома електрично зарядженими скляними пластинами, лазер впорядковув спін електрона. Другий лазерний промінь стимулював молекули випромінювати люмінесцентне світло.

 

Ідея: за ознаками цього світла фізики могли визначити, наскільки круглим є заряд електрону. Тобто якби існував дипольний момент, деякі електрони мусили б набувати іншого напряму, ніж решта.

 

Результат: електрон круглий. При вимірюванні вчені не знайшли жодних вказівок на дипольний момент, проголошений альтернативною моделлю. Натомість визначені показники підтвердили стандартну модель елементарної фізики, наголошують учені. Якщо десь й існують невідкриті екзотичні частинки, вони мають інші властивості, ніж дотепер припускають.

 

«Отриманий результат каже нам, науковцям, що деякі з цих альтернативних теорій потрібно серйозно переосмислити», – сказав співавтор дослідження Девід Деміль (David DeMille) з Єльського університету. Він зі своїми колегами хоче оптимізувати експеримент, аби зробити вимірювання ще точнішими. Проте доки не доведуть протилежне, електрон залишається круглим, а стандартна модель, незважаючи на всі свої прогалини, дійсною.



Згідно з ідеєю суперсиметрії, кожній елементарній частинці стандартної моделі відповідає тяжка суперчастинка. Зображення: DESY.
 


Elektron: Und es ist doch rund!
National Science Foundation, Northwestern University, Yale University, 18.10.2018
Improved limit on the electric dipole moment of the electron
Nature, 17.10.2018

Зреферувала С. К.

 

 

21.10.2018