Electron în jurul nucleului atomic (reprezentare grafică)

Un grup de cercetători de la Harvard University a demonstrat că electronul este sferic, cu o precizie de circa zece ori mai mare decât cea determinată anterior. Electronul sferic confirma teoria denumită modelul standard al particulelor elementare, punând în dificultate eventuale propuneri de modificare ale acestuia care ar explica materia întunecată.


Modelul standard al fizicii particulelor elementare descrie în cadrul unei teorii unitare trei dintre cele patru forţe elementare din univers: forţa electromagnetică, cea nucleară tare şi forţa nucleară slabă. Forţa gravitaţională nu este însă descrisă în cadrul modelului standard, întrucât nu s-a reuşit să se obţină o teorie cuantică a gravitaţiei asemănătoare cu cea care descrie celelalte forţe.

Pe lângă această problemă, modelul standard nu oferă nicio explicaţie pentru materia întunecată şi energia întunecată care alcătuiesc mare parte din Univers. Din acest motiv au fost făcute mai multe propuneri de teorii, precum modelul supersimetric sau teoria corzilor (string theory) care caută să rezolve ambele probleme dintr-o dată. În cadrul acestor modele ar exista însă particule încă nedescoperite, precum neutralino, care ar putea reprezenta materia întunecată. Aceste particule ar putea interacţiona cu particulele din cadrul modelului standard, adică cele pe care le cunoaştem, ducând la modificări ale proprietăţilor acestora care ar putea să fie măsurate. Dacă s-ar măsura astfel de modificări acest lucru ar reprezenta o dovadă indirectă a existenţei acestor noi particule care nu fac parte din modelul standard.

Unul dintre posibilele efecte pe care cercetătorii din diverse laboratoare din lumea încearcă să le verifice este cel asupra „formei electronului”. Electronul în cadrul modelului standard ar trebui să aibă o formă (ţinând cont de mecanica cuantică) sferică. Dacă s-ar demonstra că electronul are o formă alungită (în limbaj ştiinţific - că are un moment electric dipolar) ar fi o dovadă a faptului că există o teorie dincolo de modelul standard.

Recent, proiectul de cercetare ştiinţifică ACME (Advanced Cold Molecule Electron Dipole Moment), condus de Gerald Gabrielse, a publicat un articol în revista Nature în care a demonstrat că electronul este sferic cu o precizie de circa zece ori mai mare decât cea obţinută de acelaşi grup în 2014.

Valoarea obţinută pune o limită asupra momentului electric dipolar |de| < 1.1 × 10−29e cm, cu un nivel de încredere de 90%.

Cum a fost obţinut acest rezultat? ACME a utilizat un fascicul de molecule de oxid de toriu răcit pe care l-a introdus într-o cameră de dimensiunea unei mese în care o serie de fascicule laser orientau moleculele şi electronii acestora între două plăci de sticlă introduse într-un câmp magnetic controlat cu mare precizie. Alte fascicule laser iluminau ulterior aceste molecule care emiteau la rândul lor o radiaţie luminoasă Aceasta ar fi avut o polarizare (direcţia lungul căreia oscilează câmpul electric) care ar fi trebuit să depindă de existenţa unui dipol electric al electronului.

ACME însă nu a reuşit să măsoare existenţa unui dipol cu precizia cu care funcţionează.

Anumite teorii care prevedeau existenţa acestui dipol cu o valoare peste cea exclusă de ACME sunt la ora actuală în criză şi trebuie să fie modificate sau abandonate. ACME perfecţionează în prezent tehnica experimentală cu obiectivul de a îmbunătăţi precizia experimentului şi a măsura un moment electric dipolar al electronului, dacă acesta există, în viitorii ani.

Experimente precum ACME pot exclude o serie de teorii şi modele la fel de bine ca şi experimentele de la marele accelerator de particule - LHC, folosind o metodă indirectă pentru a demonstra existenţa unei eventuale teorii dincolo de Modelul Standard.

Până în prezent Modelul Standard a rezistat oricărei încercări de a-l detrona, atât la acceleratoarele de particule, cât şi în laboratoare din întreaga lume, inclusiv cele subterane.

Aşadar, existenţa materiei întunecate rămâne un mister, a teoriei viabilă a gravitaţie cuantice - deocamdată un vis, în timp ce electronul este mai sferic că niciodată...

Credit imagine: www.sciencenews.org