El examen de esta partícula elemental con una precisión sin precedentes respalda, una vez más, el modelo estándar de la física.
Investigadores del Imperial College de Londres concluyeron en 2011 que el electrón es la esfera más perfecta del Universo. Según anunciaron, lo que separa a esta partícula elemental de la redondez absoluta es menos de 0,000000000000000000000000001 cm, algo insignificante. En otras palabras, "si un electrón se inflara hasta el tener el tamaño del Sistema Solar, todavía parecería esférico".
Ahora, investigadores de las universidades estadounidenses de Northwestern, Harvard y Yale han examinado nuevamente la forma de la carga del electrón con una precisión sin precedentes. Y nada ha cambiado. Los investigadores han confirmado que es perfectamente esférico. Esta conclusión va mucho más allá de una mera curiosidad científica. Una carga ligeramente aplastada podría haber indicado partículas pesadas desconocidas y difíciles de detectar a su alrededor, un descubrimiento que, de haberse producido, habría afectado a la comunidad física mundial. Sin embargo, y aunque para algunos puede resultar decepcionante, todo parece seguir el guion del modelo estándar, la teoría que describe cómo funciona el Universo y que, pese a sus lagunas evidentes, todavía no ha podido ser desbancada.
"Si hubiéramos descubierto que la forma no era redonda, ese sería el mayor titular en física de las últimas décadas", dice Gerald Gabrielse, quien dirigió la investigación en Northwestern. "Pero nuestro descubrimiento sigue siendo igual de importante científicamente porque fortalece el modelo estándar de la física de partículas y excluye modelos alternativos". El estudio aparece publicado en la revista Nature.
El modelo estándar describe la mayoría de las fuerzas y partículas fundamentales en el universo. Es una imagen matemática de la realidad, y ningún experimento de laboratorio realizado ha sido capaz de contradecirlo por el momento. Pero eso ha sido desconcertante para los físicos durante décadas. "El modelo estándar tal como está no puede ser correcto porque no puede predecir por qué existe el Universo", señala Gabrielse, profesor de física. "Esa es una laguna bastante grande".
SUPERSIMETRÍA
Al tratar de "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 supersimetría, postula que partículas subatómicas pesadas y desconocidas influyen en el electrón para alterar su forma perfectamente esférica, un fenómeno no probado llamado "momento dipolar eléctrico". Estas partículas más pesadas y sin descubrir podrían ser responsables de algunos de los misterios más deslumbrantes del Universo y posiblemente podrían explicar por qué está hecho de materia en lugar de antimateria.
"Casi todos los modelos alternativos dicen que la carga de electrones podría estar aplastada, pero simplemente no lo hemos visto con suficiente sensibilidad", apunta Gabrielse. "Es por eso que decidimos mirar allí con una precisión más alta de lo que nunca antes se había observado".
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.
"Nuestro resultado le dice a la comunidad científica que necesitamos repensar seriamente algunas de las teorías alternativas", asegura David DeMille, profesor de física en Yale y coautor del estudio.
"UNA GRAN NOVELA DE MISTERIO"
En 2014, el equipo realizó la misma medición con un aparato más simple. Al utilizar métodos mejorados y diferentes frecuencias de láser, el experimento actual era un orden de magnitud más sensible que su predecesor. "Si un electrón fuera del tamaño de la Tierra, podríamos detectar si el centro del planeta está a una distancia un millón de veces más pequeña que un cabello humano", explica Gabrielse. "Así de sensible es nuestro aparato".
Los investigadores planean seguir afinando sus instrumentos para realizar mediciones cada vez más precisas. Hasta que los investigadores encuentren evidencias de lo contrario, la forma redonda de los electrones y los misterios del universo permanecerán como están.
"Sabemos que el modelo estándar está mal, pero parece que no podemos encontrar dónde está mal. Es como una gran novela de misterio", admite Gabrielse. "Debemos ser muy cuidadosos al hacer suposiciones de que estamos más cerca de resolver el misterio, pero tengo una gran esperanza de que nos estamos acercando a este nivel de precisión".
Referencia bibliográfica:
ACME Collaboration. 2018. Improved limit on the electric dipole moment of the electron. Nature. DOI: 10.1038/s41586-018-0599-8
