Кръглата форма на електрона съкруши физиците

Физиците рядко са единодушни, но в едно са съгласни – днешната физична теория е непълна.

Опитите да се намери някоя „нова физика” обаче търпят неуспех. Именно така се получило и с формата на електрона, която се оказала потискащо правилна.

Последния път нейното точно фиксиране е съпътствало търсенето на така наречения електрически диполен момент (ЕДМ) на електрона. Накратко: ако електронът има диполен момент, то той няма да е сферичен, а леко сплеснат.

„Ето в какво е неяснотата: изглежда ли електронът еднакво във всички посоки? – пита Джони Хъдсън от Лондонския имперски колеж. – Диполният момент е технически начин да се изясни симетричен ли е той.”

Ще речете: каква е разликата присъща ли е на електрона формата на сфера, или на типична планета, тоест леко сплесната „отгоре” и „отдолу”? Но не, разликата е важна. Стандартният модел на съвременната физика предсказва, че диполният момент на електрона ще бъде… никакъв. ЕДМ той няма. Сфероид – той е сфероид (впрочем всичко това е доста условно, тъй като той и „повърхност” няма). Следователно, ако електронът не е топка, то Стандартният модел се нуждае от ремонт.

Екип физици начело с Дейвид Демил от Йейлския университет (САЩ) е направил няколко експеримента за придобиване на точно знание за електрическия диполен момент. Техните данни са десет пъти по-точни от предишните резултати, но така и не открили никаква следа от ЕДМ. В пределите на 10^–28 см електронът е правилна сфера и това вероятно е твърде печално.

„Това е изненада”, казва Ед Хиндс от Лондонския имперски колеж, който не взел участие в изследването. Можем да го разберем. Според квантовата механика около всички частици (без да изключваме електрона) трябва да възникват и веднага да изчезват виртуални частици.

Ако във физиката има само Стандартен модел (и нито слон или костенурка повече), то тези виртуални частици не създават отклонения при измерването на диполния момент за електрона – тъй като те ще възникват симетрично от всички страни. Съвсем друго нещо е, ако има частици, които не се вместват в Стандартния модел. Тогава облакът виртуални частици ще бъде асиметричен. Следователно и ЕДМ на електрона рано или късно ще се намери.

За постигането на този разочароващ резултат в качеството на обект на наблюдение за първи път били избрани електрони на ториев оксид (което е удачно, поради голямата маса на атомите, правещи особено забележими всякакви отклонения в параметрите на изследваните електрони), минимизирано било влиянието на странични магнитни полета, отчетени били всички системни грешки и т.н. Но всичко, което успели да получат учените, е удар по няколко нови физични теории извън пределите на Стандартния модел.

„Суперсиметрията е толкова елегантна, така естествено се усеща, че мнозина вече започнаха да вярват, че тази теория е вярна”, съкрушен е Ед Хиндс. Но всичко ще е точно така, ако тези частици близнаци, които според суперсиметрията имат обикновените частици, трябва да внасят такива смущения, които биха изключили скорошните измервания.

Да, последните още не са със съвсем идеална точност, но сега суперсиметрията, меко казано, е натирена в доста тесен ъгъл и нейните прояви трябва да започват в някакви съвсем нечовешки малки мащаби. „Суперсиметрията се приближава към точката, когато или ще я намерим, или ще я убием”, отбелязва Хиндс.

Още един физик – Юджин Коминс от Калифорнийския университет в Бъркли (САЩ), е по-оптимистичен: суперсиметрията все още има пространство за отстъпление.

„Вие можете безкрайно да плодите модели суперсиметрия – смята той. – Добрият теоретик може да изобрети модел за половин час и експериментаторът ще изхаби двайсет години, за да го провери.” Но фактите са си факти – рано или късно костенурките експериментатори трябва да хванат теоретика Ахилес, тъй като безкрайно малки прояви на суперсиметрията вече няма да има.

Както отбелязва Ед Хиндс, сегашните резултати за „сферичността” на електрона всъщност изключват възможността Големият адронен колайдер да открие следи от суперсиметрия в целия работен диапазон на неговата енергия – почти вероятно новата му мощност (14 тераелектронволта) няма да успее да открие суперсиметрия и това означава, че и следващата сесия от работата на ускорителя след 2014 година нищо няма да даде.

Изследването на учените можете да видите на сайта arXiv.

Източник: Scientific American