Наблюдения за распределением заряда внутри электрона подтвердили истинность Стандартной модели физики и исключили возможность существования некоторых сверхтяжелых частиц за ее пределами, что предсказывается теорией струн. Об этом пишут физики, опубликовавшие статью в журнале Nature.
«Если бы мы выяснили, что электрон имеет не «круглую» форму, то тогда это открытие стало бы самой громкой новостью в мире физики за последние несколько десятилетий. С научной точки зрения, обратное не менее важно – мы показали, что Стандартная модель верна, и исключили многие альтернативные модели», — заявил Геральд Габриэльсе (Gerald Gabrielse) из Северо-западного университета в Эванстоне (США).
Ученые-экспериментаторы достаточно давно пытаются измерить одно из важнейших свойств электрона — его «округлость», или же электрический дипольный момент (ЭДМ) на языке физики. В соответствии со Стандартной моделью, заряд должен быть распределен по электрону очень равномерно, но не абсолютно идеальным образом.
Откуда должны браться эти неравномерности? Дело в том, что электрон движется вокруг атома не в гордом одиночестве, а в компании целой «свиты» из множества пар виртуальных частиц и античастиц, влияющих на то, как распределен его заряд по пространству. Чем тяжелее будут эти «несуществующие» спутники электрона, тем сильнее будет искажаться его поле.
Соответственно, если теория великого объединения или теория суперсимметрии верны и предсказываемые ими сверхтяжелые частицы существуют, то тогда электрон будет «вытянутой», а не округлой частицей, как постулирует Стандартная модель.
Габриэльсе и его коллеги по коллаборации ACME уже более десяти лет пытаются найти подобные аномалии в форме электронов, «обстреливая» при помощи лазера облачка из молекул окиси тория, расположенные внутри мощных магнитных полей и охлажденные до сверхнизких температур.
Когда частицы света сталкиваются с электронами, те поглощают их и затем излучают новую порцию фотонов, степень поляризации которых будет напрямую зависеть от того, есть ли у их прародителя электрический дипольный момент.
Четыре года физикам из ACME удалось показать, что электрон обладает почти идеально округлой формой, очень близкой к тому, чтобы исключить многие из альтернативных теорий и дополнений Стандартной модели. В последующие сезоны работы ученым удалось поднять чувствительность детектора на порядок, обновив лазеры и поменяв частоты их работы.
Это позволило Габриэльсе и его коллегам доказать, что ЭДМ не может быть выше, чем 10 в минус 30 степени от заряда одного электрона, что «закрывает» большинство вариантов теории суперсимметрии и ряд других гипотез, объясняющих исчезновение темной материи и допускающих существование неких сверхтяжелых частиц.
«В том виде, в котором она существует, Стандартная модель не может быть верной, так как она не может объяснить то, почему Вселенная существует. Тем не менее, наши замеры пока не смогли доказать этого. Теперь в теории появилась очередная огромная дыра, которую нужно чем-то закрыть», — заключает Габриэльсе.
