Учёные Колорадского университета установили самые строгие ограничения на потенциальный размер разделения электрических зарядов в электроне, или его электрический дипольный момент (ЭДМ). Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Хотя это не означает, что мы точно знаем, каков этот размер и отличен ли он от нуля, новое исследование ещё на шаг приближает нас к разрешению научной загадки: почему Вселенная не пустая.
Эта загадка связана с балансом материи и антиматерии во Вселенной — частиц с очень похожими свойствами, но являющихся зеркальным отражением друг друга по определённым параметрам, в том числе по зарядам. Проблема заключается в следующем: согласно Стандартной модели физики частиц, во время Большого взрыва должны были появиться одинаковые количества материи и антиматерии, после чего вся эта материя должна была аннигилировать друг с другом, и оставить после себя только излучение.
При этом материя во Вселенной очевидно существует, а аналогичных «запасов» антиматерии нигде не видно, следовательно, материи во время Большого взрыва появилось чуть больше, то есть процесс был асимметричным. Отсюда следует, что Стандартная модель частично неполна и, возможно, существуют другие частицы и взаимодействия частиц, которые мы ещё не открыли.
«Дисбаланс материи и антиматерии в нашей Вселенной служит убедительным стимулом для поиска неоткрытых частиц, нарушающих симметрию заряда и чётности, — пишут исследователи в опубликованной ими статье. — Мы представляем наиболее точное измерение ЭДМ с помощью электронов, заключённых внутри молекулярных ионов, находящихся под действием огромного внутримолекулярного электрического поля и когерентно эволюционирующих в течение 3 секунд».
Эта невероятно сложная экспериментальная установка сочетала магнитные поля, лазеры, микроволны и радиочастотное излучение для тщательного контроля и измерения параметров электронов. В конечном итоге верхняя граница ЭДМ была установлена примерно в 2,4 раза выше, чем ранее, и примерно в 1 млрд. раз больше, чем предсказывается Стандартной моделью.
По сути, ЭДМ говорит о некоем конечном размере заряда; что заряд электрона не является единой, идеально центрированной точкой, а слегка растянут. Согласно Стандартной модели, длина диполя электрона не превышает 10-38 сантиметра. Но для объяснения некоторых явлений, которые не могут быть описаны в рамках Стандартной модели, у неё существуют некоторые дополнения (в частности, теория суперсимметрии), которые предполагают, что дипольный момент у электрона, хоть и очень маленький, но всё же есть. Если эти гипотезы верны, то длина электрического диполя электрона составляет от 10-30 до 10-27 см.
С технической точки зрения, наличие размера у ЭДМ электрона говорит о нарушении T-симметрии – симметрии протекания физических процессов относительно времени. Хотя примеры нарушения Т-симметрии известны, ни один из них нельзя использовать для объяснения преобладания одного вида материи над другим.
Источник новости: habr.com
