24.12.2013

Физики окончательно убедились в округлости формы электрона

Проводя эксперименты на Большом адронном коллайдере (LHC) и других ускорителях частиц, физики испытывают современные теории на прочность. Господствующая теория называется Стандартной моделью. Она с невероятной точностью предсказывает поведение элементарных частиц, все виды их взаимодействий, однако в ней не предусмотрена знаменитая тёмная материя и вездесущая гравитация.

Объяснить два этих явления способна другая теория, которая носит название суперсимметрии. Но есть одна проблема: её никак не удаётся доказать. Согласно данной модели, у каждой видимой нами частицы существует некий суперпартнёр, более массивная копия.

Исследователи также называют их "теневыми партнёрами". То есть для каждого протона должен быть теневой протон. Эти загадочные частицы должны составлять массу тёмной материи, которую также до сих пор не удалось поймать.

Но учёные не сдаются и по-прежнему продолжают поиски доказательств теории суперсимметрии, которая должна стать основой Новой физики. Эксперты утверждают, что для достижения результатов необходимы большие энергии. Поэтому 14 тераэлектронвольт Большого адронного коллайдера решили увеличить до 100 тераэлектронвольт. Но для этого придётся построить новый ускоритель. Очень большой адронный коллайдер. По плану, его созданием учёные и инженеры займутся в 2020-х годах.

Пока строительство не началось, физики исследуют альтернативные методы поиска новых теорий и брешей в Стандартной модели. Одним из наиболее перспективных проектов в этой области стал поиск дипольного момента электрона, что в переводе на язык обывателя означает определение формы всем известной отрицательно заряженной частицы.

В ноябре 2013 года мы сообщали об эксперименте учёных Гарварда, которые измеряли дипольный момент электрона. Тогда они сообщили, что он равен нулю, а значит, форма частицы должна быть идеально круглой. Потеряв последнюю надежду на обнаружение следов суперсимметрии, физики решили перепроверить свои результаты. И вновь их мечты разбились о непоколебимость Стандартной модели.

"Мы точно знаем, что Стандартная модель не способна описать все явления в природе. Поэтому мы, так же как и наши коллеги из ЦЕРНа, ищем в лабораторных экспериментах признаки того, что что-то может не укладываться в рамки этой теории", — рассказывает в пресс-релизе ведущий автор исследования Дэвид ДеМилле (David DeMille) из Йельского университета.

Успех эксперимента зависел не от высоких энергий, а от предельной точности измерений. Дело в том, что, согласно Стандартной модели, дипольный момент электрона должен быть равен нулю, но если бы обнаружилось хоть минимальное отличие этого показателя от нуля, то сторонники суперсимметрии уже открыли бы большую бутылку шампанского.

Наличие положительного дипольного момента означало бы, что "форма" электрона не симметричная, а выпуклая. После предыдущего эксперимента, который дал отрицательные результаты, ДеМилле и его коллеги из Гарварда и Йеля увеличили точность измерений в 10 раз.

"Представьте себе, что вы берёте в руки идеально круглую сферу, снимаете с одного полушария тонкий слой и приклеиваете её к поверхности противоположного полушария. Этот нарост и есть дипольный момент, и чем он крупнее, тем больше показатель. А теперь представьте, что электрон был бы размером с земной шар. Наши измерения способны были увидеть "нарост" толщиной в человеческий волос по сравнению с электроном земных размеров. Однако никакого уплотнения мы не увидели", — рассказывает ДеМилле, чья статья с отчётом вышла в журнале Science Express.

Остаётся надеяться, что после ряда экспериментов на ускорителе с более высокими энергиями найдутся первые доказательства нефункциональности Стандартной модели. Но даже если и теория суперсимметрии неверна, существует ещё масса математических и физических гипотез, объясняющих многообразие природных явлений на микро- и макроуровне.

Ася Горина

Источники:

1. Вести.Ru