El pasado 7 de julio la prestigiosa revista “Science” publicó un artículo reportando nuevas mediciones sobre el electrón (ver: T.S. Roussy et al., “An improved bound on the electron’s electric dipole moment”, Science, Vol. 381, July 7, 2023, p. 46).
Estos resultados implican nuevos límites de precisión para la esfericidad del electrón. Los investigadores discuten cómo la casi perfecta esfericidad puede estar vinculada a la materia total del universo y a la asimetría en la distribución de materia y de antimateria ya que cualquier anomalía en la forma del electrón y en su distribución de carga eléctrica indicaría una asimetría en las leyes de la naturaleza, que son las empleadas en la descripción del cosmos.
El artículo citado reporta mediciones sobre una propiedad que los físicos llaman “momento dipolar del electrón” y su medición es el doble de precisa que la mejor medición antes hecha. La Dra. Tanya Roussy de la Universidad de Colorado en Boulder afirma que: “no sabemos si el Libro de Récords Guinness contiene datos sobre estas observaciones, pero con nuestras mediciones hemos establecido un nuevo récord mundial”, para subrayar la extraordinaria precisión de estas mediciones, añade a modo de ejemplo; “si un electrón tuviera el tamaño de la Tierra, entonces cualquier asimetría en su forma sería menor que el tamaño de un átomo”.
Para medir la forma de esta partícula la Dra. Roussy y su equipo de colaboradores estudiaron el comportamiento de los electrones en campos eléctricos. Si los electrones tuvieran forma ovalada (como un huevo) entonces un campo eléctrico ejercería un torque sobre ellos que los haría rotar.
Para detectar este torque los investigadores estudiaron los cambios en los niveles de energía de moléculas de fluoruro de hafnio eléctricamente cargadas.
Cualquier torque en los electrones produciría diferentes niveles de energía dependiendo de la dirección en que el “huevo” está orientado relativo al campo eléctrico. Sin embargo, los investigadores no encontraron ninguna diferencia en los niveles energéticos moleculares confirmando así la esfericidad del electrón.
En su estudio más básico los electrones se consideran partículas puntuales y por tanto carecen de tamaño y forma, pero en la teoría cuántica de campos los electrones pueden pensarse como rodeados de partículas “virtuales” que continuamente aparecen y desaparecen dando al electrón un halo esférico de carga eléctrica. Si el halo fuera ligeramente elipsoidal (con forma de huevo) esto podría explicar la distribución de materia en el universo.
La Gran Explosión (Big Bang) debió de crear materia y antimateria en partes iguales, sin embargo, en nuestro universo la materia es común mientras que la antimateria es escasa.
Los físicos teóricos han sugerido que la existencia de algunas partículas subatómicas podría ser responsables de esta asimetría en favor de la materia. Si esas partículas existen ellas aparecerían y desaparecerían continuamente alrededor del electrón causando que su distribución de carga tenga forma de huevo.
Esas partículas serían tan masivas y requerirían tanta energía para ser producidas que no serían observables ni aún con los más grandes aceleradores actuales de partículas, como el Gran Colisionador de Hadrones del CERN localizado en la frontera entre Francia y Suiza.
Debido a esto estudiar la esfericidad del electrón es importante. Los resultados actuales no muestran ni sugieren la existencia de ninguna partícula oculta quedando por tanto el misterio de porqué hay más materia que antimateria sin respuesta inmediata.