Modelul Standard al fizicii particulelor elementare descrie in cadrul unei teorii unitare trei dintre cele patru forte elementare din Univers: forta electromagnetica, cea nucleara tare si forta nucleara slaba. Forta de gravitatie nu este insa descrisa in cadrul Modelului Standard, intrucat nu s-a reusit sa se obtina o teorie cuantica a gravitatiei asemanatoare cu cea care descrie celelalte forte. Pe langa aceasta problema, Modelul Standard nu are nici o explicatie pentru materia intunecata si energia intunecata care alcatuiesc mare parte dn Univers. Din acest motiv au fost facute mai multe propuneri de teorii, precum modelul supersimetric sau teoria corzilor (string theory) care cauta sa rezolve ambele probleme dintr-o data. In cadrul acestor modele ar exista insa particule inca nedescoperite, precum neutralino, care ar putea reprezenta materia intunecata. Aceste particule ar putea interactiona cu particulele din cadrul Modelului Standard, adica cele pe care le cunoastem, ducand la modificari ale proprietatilor acestora care ar putea sa fie masurate. Daca s-ar masura astfel de modificari acest lucru ar reprezenta o dovada indirecta a existentei acestor noi particule care nu fac parte din Modelul Standard.

Unul dintre posibilele efecte pe care cercetatori din diverse laboratoare din lume incearca sa le verifice este cea asupra „formei electronului”. Electronul in cadrul Modelului Standard ar trebui sa aiba o forma (tinand cont de mecanica cuantica) sferica. Daca s-ar demonstra ca electronul are o forma alungata (in limbaj stiintific ca are un moment electric dipolar) ar fi o dovada a faptului ca exista o teorie dincolo de Modelul Standard.

Recent, colaborarea ACME (Advanced Cold Molecule Electron Dipole Moment), condusa de Gerald Gabrielse, a publicat un articol in revista Nature in care a demonstrat cum ca electronul ramane sferic cu o precizie de circa zece ori mai mare decat cea obtinuta de acelasi grup in 2014.

Valoarea obtinuta pune o limita asupra momentului electric dipolar |de| < 1.1 × 10**−29 e cm, cu un Confidence Level de 90%.

Cum a fost obtinut acest rezultat? ACME a utilizat un fascicul de molecule de oxid de toriu racit pe care l-a introdus intr-o camera de dimensiunea unei mese in care o serie de fascicule laser orientau moleculele si electronii acestora intre doua placi de sticla introduse intr-un camp magnetic controlat cu mare precizie. Alte fascicule laser iluminau ulterior aceste molecule care emiteau la randul lor o radiatie luminoasa Aceasta ar fi avut o polarizare (directia lungul careia oscileaza campul electric) care ar fi trebuit sa depinda de existenta unui dipol electric al electronului.

ACME insa nu a reusit sa masoare existenta unui dipol cu precizia cu care functioneaza.

Aumite teorii care prevedeau existenta acestui dipol cu o valoare peste cea exclusa de ACME sunt la ora actuala in criza si trebuie sa fie modificate sau abandonate. ACME la ora acttuala perfectioneaza tehnica experimentala cu obiectivul de a imbunatati precizia experimentului si a masura un moment electric dipolar al electronului, daca acesta exista, in viitorii ani.

Experimente precum ACME pot exclude o serie de teorii si modele la fel de bine ca si experimentele de la maele accelerator de particile LHC, folosind o metoda indirecta pentru a demonstra existenta unei eventuale teorii dincolo de Modelul Standard.

Pana la ora actuala insa Modelul Standard a rezistat oricarei incercari de a fi detronat, atat la acceleratoarele de particule cat si in laboratoare in intreaga lume, inclusiv cele subterane.

Existenta materiei intunecate ramane un mister, precum si cea a unei teorii a gravitatie cuantice, in timp ce electronul este mai sferic ca niciodata.

 

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro