Физики единодушно соглашаются с тем, что их современные теории хоть и работают идеально при проведении любого эксперимента, но всё же являются неполными. Теоретики и экспериментаторы неустанно работают над поисками так называемой Новой физики — теорий, которые дополнили бы Стандартную модель элементарных частиц.
На эту роль идеально подходит теория суперсимметрии, предсказывающая наличие у каждой известной нам частицы некой пары, которую до сих пор не удалось обнаружить. К сожалению, большинство попыток доказать эту модель не увенчались успехом, и нынешний эксперимент — не исключение.
Исследовательская группа физиков во главе с Дэвидом ДеМилле (David DeMille) из Йельского университета, Джоном Дойлом (John Doyle) и Джеральдом Габриельзе (Gerald Gabrielse) из Гарварда измерила форму электрона.
Полученные результаты были выведены из вычисления электрического дипольного момента частицы. Всё зависит от наличия или отсутствия этой характеристики: если электрон имеет сферообразную форму, то дипольный момент у него отсутствует, но если он хоть минимально вытянут, то чувствительные приборы покажут наличие дипольного момента. Фактически таким образом физики определяют, симметричен ли электрон относительно любой своей оси.
Но учёных интересовала не только (и не столько) форма электронного облака. Согласно квантовой механике, любая частица, в том числе и электрон, должна рождать целое облако виртуальных частиц, которые бы постоянно появлялись и вновь исчезали. Если верна Стандартная модель, то это облако будет состоять из обычных частиц, но если работает теория суперсимметрии, то облако из ещё неизвестных науке частиц окружит электрон и вызовет изменения в его дипольном моменте, сделав его асимметричным.
Согласно Стандартной модели, электрон должен быть симметричным, "круглым" и обладать нулевым дипольным моментом. Теория суперсимметрии, конечно же, предсказывает наличие дипольного момента. Нетрудно догадаться, что учёные надеялись на доказательство правоты сторонников теории суперсимметрии. Поиски этих доказательств проводились постоянно на протяжении последних 50 лет.
В рамках своего исследования ДеМилле, Дойл и Габриельзе проводили эксперимент в 10 раз более точный, чем предыдущие, но и он не породил никаких намёков на наличие у электрона хотя бы минимального дипольного момента. Вывод, описанный учёными в статье на сайте препринтов arXiv.org, следующий: электрон является сферическим, его диаметр составляет 0,00000000000000000000000000001 сантиметра, а теория суперсимметрии вновь терпит крах.
Отсутствие показателей вряд ли можно списать на недостаточную чувствительность приборов или погрешности. Учёные раскрутили электрон до высокой скорости и взглянули на его поведение. Если бы он больше напоминал шарик для игры в бильярд, то вращался бы он равномерно. Если же он имеет продолговатую форму яйца и обладает ненулевым дипольным моментом, то он бы постоянно колебался при вращении.
Эксперимент проводился на электронах в тяжёлых молекулах моноксида тория, которые бы показали довольно очевидные колебания, обладай частицы дипольным моментом. Колебания измерялись при помощи микроволновой спектроскопии, очень чувствительной к такого рода явлениям. А, чтобы исключить влияние фоновых событий, таких как действие магнитного поля, учёные попытались их полностью исключить.
Получив отрицательные результаты, учёные не отчаиваются. В конце концов, существует вероятность, что для определения дипольного момента электрона требуются более чувствительные приборы и более высокие энергии. Тут может помочь Большой адронный коллайдер, одной из основных задач которого является поиск суперсимметричных частиц.
Физики говорят, что вероятность того, что что-то изменится на уровне энергии в несколько тераэлектронвольт, очень мала, но всё же с нетерпением ждут нового запуска мощнейшего в мире ускорителя в 2014 году.
Также по теме:
Физики впервые определили слабый заряд протона
Редкий распад на коллайдере опроверг теорию суперсимметрии
Физики опровергли свидетельства двойного безнейтринного бета-распада
Обнаружены первые следы Новой физики
Получены новые данные о соотношении масс нейтрино и антинейтрино
