Наиболее точное на сегодняшний день измерение электрического дипольного момента электрона не принесло никаких сюрпризов: электрон оказался сферическим. Ряд теорий (в том числе гипотеза суперсимметрии), предсказывающих существование во Вселенной множества экзотических частиц, не получил экспериментального подтверждения.

Современные ученые единодушны в том, что существующие физические модели остаются неполными. Однако ни одна из попыток разработать теорию, позволяющую глубже проникнуть в суть вещей, так и не увенчалась успехом. Ряд предположений, на которых можно было бы построить «новую физику», пришлось исключить после высокоточного измерения формы электрона (его электрического дипольного момента).

Одним из простейших примеров системы, обладающей ненулевым дипольным моментом, может служить стержневой магнит с его южным и северным полюсами. Если бы электроны обладали ненулевым дипольным моментом, они были бы чуть-чуть сжаты. Однако Стандартная Модель предполагает, что дипольный момент электрона практически равен нулю, и эту частицу можно считать сферической.

Согласно квантово-механической теории, вокруг всех частиц (в том числе и электронов) должно существовать облако виртуальных частиц, появляющихся и исчезающих в мгновение ока. Если Стандартная модель неполна и помимо «обычных» частиц, хорошо известных физикам, в этом виртуальном облаке проскальзывают какие-то экзотические частицы, то оно будет ассиметричным — другими словами, электрон будет обладать ненулевым электрическим дипольным моментом.

Физики на протяжении полувека пытаются обнаружить дипольный момент электрона. Новый эксперимент, позволивший выполнить в 10 раз более точные измерения, чем ранее, не принес никаких сюрпризов. В пределах 10−29 см электрон представляет собой правильную сферу. Это значит, что ряд теорий «новой физики» (в том числе некоторые варианты гипотезы суперсимметрии) экспериментально не подтвердились.

Чтобы определить дипольный момент электрона, ученые «раскрутили» электрон и попытались обнаружить возникающие колебания. Правильный бильярдный шар будет крутиться ровно, а яйцо — раскачиваться из стороны в сторону. Также и электрон, обладающий ненулевым дипольным моментом, должен начать колебаться. Изучая поведение электронов в молекуле монооксида тория, большая масса и ряд других особых свойств которого делают весьма заметными любые отклонения параметров электронов, исследователи постарались минимизировать влияние посторонних полей и других факторов, создающих систематические ошибки.

Впрочем, сторонники суперсимметрии не унывают. Некоторые из вариантов этой гипотезы предусматривают наличие у электрона столь малого дипольного момента, что он может лежать в пределах погрешности даже уточненных данных. «Хороший теоретик может за 30 минут сформулировать гипотезу, на опровержение которой у экспериментатора уйдет 20 лет», — говорит физик Юджин Камминс, также предпринимавший попытки обнаружить электрический дипольный момент электронов.

Поиск суперсимметричных частиц — одна из основных целей экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК), который достаточно велик, чтобы исследовать события, происходящие в диапазоне энергий порядка ТэВ, в котором и должны бы «обитать» предсказанные суперсимметричные частицы. Однако кроме «недостающего звена» Стандартной модели — бозона Хиггса — БАК не выявил никаких новых частиц.

Однако ученые с нетерпением ждут нового запуска БАК в 2014 году, когда коллайдер сможет работать в расширенном диапазоне энергий, а физики продолжают совершенствовать методику экспериментов по поиску дипольного момента электронов, надеясь обнаружить намеки на «новую физику».

По материалам Nature News