L’elettrone? Ha la forma di una biglia, non di un uovo

È stata finalmente misurata con precisione la forma degli elettroni. La notizia arriva dalla collaborazione ACME che coinvolge scienziati di Yale e di Harvard. Lo studio, che è stato proprio oggi pubblicato su Science Express, dimostra che gli elettroni hanno una forma più sferica di quella di un uovo, il che deporrebbe a sfavore delle teorie supersimmetriche.

Gli scienziati di ACME studiano gli stessi tipi di particelle cercate anche negli esperimenti del Large Hadron Collider (LHC), ma lo fanno con un modus operandi diverso. 

L’occhio elettronico usato dai ricercatori di ACME. (Crediti: B.R. O’Leary).

La ACME Collaboration sta cercando nuove particelle attraverso lo studio e la misurazione degli eventuali loro effetti sulla forma dell’elettrone, una particella elementare carica negativamente che orbita attorno al nucleo degli atomi. Nell’ambito di questo progetto è stato possibile raggiungere un risultato senza precedenti. Il team di ricercatori ha, infatti, misurato con una precisione senza precedenti la forma dell’elettrone, migliorando di un fattore superiore a 10 le precedenti misure.

“Se si immagina un elettrone gonfiato fino alle dimensioni della Terra, il nostro esperimento sarebbe stato in grado di vedere il movimento dall’emisfero meridionale all’emisfero settentrionale di uno strato 10.000 volte più sottile di un capello umano”, ha spiegato David DeMille, ricercatore di Yale e co-autore della ricerca. La particella è molto più rotonda di quanto previsto non solo da alcune estensioni del Modello Standard, ma soprattutto da alcune versioni di Supersimmetria. 

La supersimmetria (o SUSY, da SUper SYmmetry) è stata formulata per rendere conto dei fenomeni della fisica delle particelle che rimangono inspiegati nell’ambito del Modello Standard. La peculiarità di questa ipotesi è semplice: a ogni particella bosonica, dotata cioè di spin intero, si associa una particella fermionica (o superpartner) dotata di spin semi-interi (in modo correlativo, ogni fermione ha un superpartner bosonico). Dobbiamo ammettere che sembra una tesi abbastanza esotica. Perché abbiamo bisogno della supersimmetria? Ecco tre buoni motivi: (i) consente di unificare le tre forze fondamentali della natura, una volta raggiunte le energie più elevate; (ii) prevede l’esistenza di particelle che potrebbero costituire la materia oscura; (iii) permette di risolvere il problema della differenza di intensità tra forza nucleare debole e forza gravitazionale – di 32 ordini di grandezza a favore della forza debole (ciò significa che è 100.000 miliardi di miliardi di miliardi più intensa).

Da questa ricerca arriva dunque un duro colpo ai sostenitori di SUSY. Se è vero che, come afferma David DeMille, “sappiamo che il Modello Standard non racchiude tutto”, i risultati più importanti che si stanno ottenendo in laboratorio sembrano confermare le predizioni del Modello Standard. Vediamo con precisione in che cosa consiste l’esperimento. L’obiettivo è stato studiare una particolare deformazione degli elettroni, nota come momento di dipolo elettrico. La misurazione è avvenuta usando gli elettroni all’interno di una molecola polare (ossia che ha  una carica positiva da un lato e una carica negativa dall’altro): il monossido di torio. Le proprietà di questa molecola amplificano la deformazione dell’elettrone e diminuiscono la possibilità di effetti che potrebbero ingannarci e simulare una deformazione.

“Questo è sorprendente. Alcune di queste particelle supersimmetriche previste sarebbero in grado di spremere l’elettrone fino a fargli assumere la forma di un uovo”, ha detto John Doyle, ricercatore di Harvard e co-autore della ricerca. “Il nostro esperimento ci sta dicendo che questo semplicemente non accade al nostro livello di sensibilità”. Perché il risultato è così importante? Perché se l’elettrone somiglia più ad una palla che a un uovo, è abbastanza probabile che le teorie supersimmetriche non siano corrette.

“Se la forma dell’elettrone è troppo sferica, si dimostrerà che molte di queste teorie non sono corrette. Se le particelle previste da queste versioni di supersimmetria fossero davvero esistite, avrebbero certamente causato una deformazione maggiore sulla forma dell’elettrone, nota appunto come momento di dipolo elettrico”, conclude Doyle.