La comunidad científica puede respirar tranquila, el electrón sigue siendo redondo, al menos por ahora. En un nuevo estudio, los investigadores de la Universidad de Northwestern, Harvard y Yale examinaron la forma de la carga de un electrón con una precisión sin precedentes para confirmar que es perfectamente esférica. Una carga ligeramente aplastada podría haber indicado la presencia de partículas pesadas desconocidas y difíciles de detectar en presencia del electrón, un descubrimiento que podría haber afectado a la comunidad física mundial.

“Si hubiéramos descubierto que la forma no era redonda, ese sería el mayor titular en física de las últimas décadas”, declaró Gerald Gabrielse, el director de la investigación en Northwestern. “Pero nuestro descubrimiento sigue siendo igualmente de importante ya que fortalece el Modelo Estándar de la física de partículas y excluye modelos alternativos”.

El estudio fue publicado el 18 de Octubre en la revista Nature.

El Modelo Estándar vs modelos alternativo

El Modelo Estándar de la física de partículas describe la mayoría de fuerzas y partículas fundamentales en el universo. Se trata de una imagen matemática de la realidad, y ningún experimento de laboratorio realizado hasta la fecha a logrado contradecirla.

Es precisamente esta falta de contradicción lo que ha desconcertado a los físicos durante décadas: “El Modelo Estándar tal como está no puede ser correcto porque no puede predecir por qué existe el universo”, explica Gabrielse. “Es una laguna bastante grande”.

Gabrielse y sus colegas físicos han pasado sus carreras tratando de cerrar esta brecha, examinando las predicciones del Modelo Estándar y luego tratando de confirmarlas a través de experimentos en el laboratorio.

Al tratar de “corregir” el Modelo Estándar, muchos modelos alternativos predecían que la esfera aparentemente uniforme de un electrón es en realidad aplastada asimétricamente. Uno de esos modelos, denominado como “Modelo Supersimétrico”, defiende que partículas subatómicas pesadas y desconocidas influyen en el electrón para alterar su forma perfectamente esférica, un fenómeno no probado llamado “momento dipolar eléctrico”. Estas partículas más pesada y sin descubrir podrían ser responsable de algunos de los misterios más deslumbrantes del universo y posiblemente podrían explicar por qué el universo está hecho de materia en lugar de antimateria.

“Casi todos los modelos alternativos dicen que la carga de electrones podría estar aplastada, pero simplemente no lo hemos mirado con la suficiente sensibilidad. Es por eso que decidimos realizar un análisis con una precisión como nunca antes se había observado” dice Gabrielse.

Resolviendo la duda y refutando las teorías alternativas

Para arrojar luz sobre toda esta cuestión, el equipo de investigación disparó un haz de moléculas de óxido de torio a una cámara de tamaño de un escritorio grande. Luego, los investigadores estudiaron la luz emitidas por las moléculas. Una luz “torcida” indicaría un momento dipolar eléctrico. Cuando la luz no se desvió, el equipo pudo concluir que la forma del electrón era redonda, confirmado así la predicción del Modelo Estándar. La no evidencia de presencia de un momento dipolar eléctrico significa que no hay evidencia de la existencia de esas hipotéticas partículas más pesadas. Si estas partículas existen, sus propiedades difieren de las predichas por los teóricos.

«Nuestro resultado le dice a la comunidad científica que necesitamos repensar seriamente algunas de las teorías alternativas», dijo el profesor de física en Harvard, Henry BDeMille, que forma parte del equipo de investigación.

En 2014, el equipo  realizó la misma medición con un aparato más simple. Al utilizar métodos de láser mejorados y diferentes frecuencias de láser, el experimento actual era un orden de magnitud más sensible que su predecesor.

«Si un electrón fuera del tamaño de la Tierra, podríamos detectar si el centro de la Tierra estaba a una distancia un millón de veces más pequeña que un cabello humano», explicó Gabrielse. «Así de sensible es nuestro aparato».

El equipo planea seguir afinando sus instrumentos para realizar mediciones cada vez más precisas. Hasta que los investigadores encuentren evidencia de lo contrario, la forma redonda de los electrones y los misterios del universo permanecerán.

«Sabemos que el modelo estándar está mal, pero parece que no podemos encontrar dónde está el error. Es como una gran novela de misterio. Debemos ser muy cuidadosos al hacer suposiciones de que estamos más cerca de resolver el misterio, pero tengo una gran esperanza de que nos estamos acercando a este nivel de precisión» concluye Gabrielse.

Créditos Imágenes:  Nicolle R. Fuller, National Science Foundation