Только что было проведено «самое точное измерение» дипольного момента электрона

Ученые из Университета Колорадо установили самые жесткие ограничения на потенциальный размер разделения электрических зарядов внутри электрона или его электрический дипольный момент (ЭДМ).

Хотя это не означает, что мы знаем каков этот размер и существует ли он на самом деле, это могло бы помочь отсеять идеи, объясняющие, почему Вселенная — не просто пустое пространство.

Эта загадка касается баланса материи и антиматерии во Вселенной — частиц с очень похожими свойствами, но которые являются зеркальным отражением в определенных отношениях, включая их состояние заряда. Проблема вот в чем: Стандартная модель физики элементарных частиц предсказывает одинаковое количество материи и антиматерии вокруг нас, что, похоже, не соответствует действительности.

Кроме того, частицы материи и антиматерии аннигилируют друг с другом. другое, так что это чудо, что мы вообще миновали Большой взрыв. Из этого следует, что Стандартная модель частично неполна и существуют другие частицы и их взаимодействия, которые мы еще не обнаружили.

Это возвращает нас к постоянному ЭДМ электрона. Это измерение может помочь в обнаружении отсутствующей материи, потому что оно указывает на нарушение симметрии — что, возможно, материя и антиматерия недостаточно противоположны, чтобы полностью компенсировать друг друга.

«Дисбаланс материи и антиматерии в нашей Вселенной обеспечивает убедительную мотивацию для поиска неоткрытых частиц, которые нарушают симметрию зарядовой четности», — пишут исследователи в своей опубликованной статье.

«Мы представляем самое точное измерение EDM с использованием электронов, заключенных внутри молекулярного ионы, подвергнутые огромному внутримолекулярному электрическому полю и эволюционирующие когерентно в течение до 3 секунд».

Эта невероятно сложная экспериментальная установка включала магнитные поля, лазеры, микроволны и радиочастотные поля для тщательного контроля и измерения электронов. В конечном итоге верхняя граница EDM была установлена ​​примерно в 2,4 раза выше, чем раньше, и примерно в 1 миллиард раз больше, чем предсказывалось Стандартной моделью.

По сути, EDM показывает разделение зарядов, то есть заряд не является единой идеально отцентрованной точкой, а слегка растянут. В этом дополнительном пространстве мы могли бы найти ответы на вопрос, почему у нас оказалось больше материи, чем антиматерии, и почему эти противоположные частицы не нейтрализуют друг друга.

С технической точки зрения это представляет собой нарушение временной симметрии (TSV). Обычно в физике нажатие кнопки «перемотать назад» для процесса просто выглядит как обращение действия вперед во времени. Они должны выглядеть одинаково во всех отношениях, делая время симметричным.

Нарушение происходит, когда какой-то аспект теперь выглядит иначе в обратном порядке. Хотя существуют известные примеры нарушения временной симметрии, ни один из них не является достаточно значительным, чтобы объяснить преобладание одного вида материи над другим.

ЭДМ электрона будет признаком нарушения временной симметрии, и, если он достаточно велик, , может объяснить несоответствие в материи и ее «перевернутого» близнеца.

Загадка еще никоим образом не решена, но мы приближаемся к объяснению, выискивая мельчайшие асимметрии, которые могли бы иметь место. был ключевым — и знание постоянного EDM электрона на точном уровне будет иметь решающее значение в этом.

Исследование было опубликовано в журнале Science.