Los electrones son extremadamente redondos, lo confirma una nueva medición

Para probar si los electrones son realmente redondos, los físicos utilizaron moléculas de fluoruro de hafnio cargadas eléctricamente contenidas dentro de una cámara de vacío (en la imagen).

Casey A. Cass/Universidad de Colorado

Por Emily Conover

6 de julio de 2023 a las 14:00 horas

Los electrones son realmente redondos.

Una nueva medición confirma la forma esférica de la partícula subatómica con un nivel récord de exactitud, informan los físicos en la revista Science del 7 de julio.

Esa redondez casi perfecta profundiza el misterio detrás de cómo el universo llegó a estar lleno de materia en lugar de su contraparte, la antimateria. Cualquier asimetría en la forma del electrón, es decir, en la distribución de la carga eléctrica de la partícula, indicaría una asimetría relacionada en las leyes de la naturaleza, que podría explicar esta característica del cosmos.

La medición, de una propiedad conocida en el lenguaje físico como el momento dipolar eléctrico del electrón, es dos veces más precisa que la mejor medición anterior de la forma del electrón (SN: 17/10/18).

"No creo que Guinness haga un seguimiento de esto, pero si lo hicieran, tendríamos un nuevo récord mundial", dice la física Tanya Roussy de la Universidad de Colorado en Boulder. La nueva medición es tan precisa que, si un electrón fuera del tamaño de la Tierra, cualquier asimetría en su forma tendría que ser en una escala menor que la de un átomo.

Para medir la forma de la partícula, Roussy y sus colegas observaron si los electrones giraban en un campo eléctrico. Si los electrones no fueran redondos sino ligeramente ovoides, un campo eléctrico ejercería un par sobre ellos, de forma muy parecida a como la gravedad derriba un huevo puesto de lado.

Para ver ese par, el equipo buscó cambios en los niveles de energía de las moléculas de fluoruro de hafnio cargadas eléctricamente. Cualquier torsión sobre los electrones daría a las moléculas diferentes niveles de energía dependiendo de en qué dirección estuviera orientado el "huevo" en relación con un campo eléctrico. Los investigadores no encontraron diferencias en los niveles de energía de las moléculas, lo que confirma la redondez del electrón.

En su nivel más básico, los electrones son partículas puntuales, sin tamaño ni forma definidos. Pero en la teoría cuántica de campos, se puede pensar que los electrones están rodeados por partículas “virtuales” temporales que aparecen y desaparecen, dando a cada electrón un halo esférico de carga eléctrica. Si se descubriera que ese halo tenía una ligera forma de huevo, eso podría indicar cómo el universo se desequilibró hacia la materia.

El Big Bang debería haber creado materia y antimateria en partes iguales: las dos son imágenes especulares entre sí, con cargas eléctricas opuestas. Pero la materia en nuestro universo es común mientras que la antimateria es escasa. Los físicos teóricos han sugerido que la existencia de ciertas partículas subatómicas podría haber inclinado la balanza hacia la materia (SN: 22/9/22). Si esas partículas existieran, también aparecerían y desaparecerían transitoriamente alrededor del electrón, de tal manera que lo volverían oblongo.

Tales partículas serían tan masivas y, por lo tanto, requerirían tanta energía para producirse, que no serían detectables ni siquiera en el mayor acelerador de partículas del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones, cerca de Ginebra. Esto hace que los estudios sensibles de la redondez del electrón sean una prueba importante para los físicos de partículas. Y tales experimentos están a punto de mejorar aún más, probando partículas de masas aún mayores, dice el físico David DeMille de la Universidad de Chicago, uno de los científicos detrás de la mejor medición anterior de la redondez del electrón.

Por ahora, el nuevo resultado no muestra rastros de partículas ocultas, lo que deja sin resolver el misterio de cómo la materia ganó la partida. Y eso, dice DeMille, “nos deja con la pregunta de qué hay ahí fuera”.

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TS Roussy et al. Un límite mejorado en el momento dipolar eléctrico del electrón. Ciencia. vol. 381, 7 de julio de 2023, pág. 46. ​​doi: 10.1126/science.adg4084.

La escritora de física Emily Conover tiene un doctorado. en física de la Universidad de Chicago. Ha ganado dos veces el premio Newsbrief de la Asociación de Escritores Científicos de DC.

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