L’importanza di essere rotondo

Trappola per gli ioni sviluppata dal JILA utilizzata per misurare la rotondità dell’elettrone. Credit: JILA

Modello standard batte Supersimmetria due a zero. Questo il risultato dello studio pubblicato sul Physical Review Letters dai ricercatori del Jila, un progetto gestito congiuntamente dal National Institute of Standards and Technology (Nist) e dall’Università del Colorado di Boulder. Due a zero, perché l’Acme collaboration (Advance Cold Molecule Electric Dipole Moment Search), come avevamo raccontato nel 2013, aveva già annunciato al mondo la perfezione sferica della particella elementare.

Solo una conferma, dunque. Ma, come sottolinea Eric Cornell, tra gli autori dell’articolo, «è importante perché noi abbiamo usato un approccio radicalmente differente dalle precedenti misure. Il fatto che nonostante ciò abbiamo ottenuto la stessa risposta elimina la possibilità d’aver semplicemente sbagliato o che l’altro gruppo l’abbia fatto». Il gruppo del Jila ha usato una trappola ionica per far ruotare le molecole e misurare la simmetria dei loro elettroni, ovvero il loro momento di dipolo elettrico. Un valore diverso da zero del momento di dipolo indicherebbe che la particella non ha una forma sferica, ma quella di un pallone da rugby.

Ma perché i ricercatori si affannano tanto a misurare la forma di una particella sub-atomica? La forma dell’elettrone è un ingrediente fondamentale del Modello standard, cioè il modello che descrive tutte le particelle e le loro interazioni: in poche parole, come funziona il mondo. Secondo questo modello, l’elettrone dovrebbe essere sferico, cioè dovrebbe avere un momento di dipolo elettrico praticamente nullo. Ma nel Modello standard ci sono alcune lacune che negli ultimi 50 anni, cioè da quando il Modello è stato teorizzato, si è cercato di colmare con delle estensioni della teoria. Una di queste estensioni, la teoria della Supersimmetria, prevede l’esistenza per ogni particella di un partner che differisce dalla particella stessa solo per una proprietà chiamata spin. Queste particelle supersimmetriche ancora non sono state osservate sperimentalmente, ma un indizio della loro esistenza potrebbe essere proprio un valore di momento di dipolo elettrico dell’elettrone diverso da zero. Infatti la loro presenza causerebbe una deformazione dell’elettrone, come se lo tirassero alle due estremità. Aver trovato, con due misure indipendenti, che il valore del momento di dipolo elettrico è praticamente nullo, avvalora le tesi del Modello standard e getta nello sconforto i sostenitori della teoria della Supersimmetria.

Ma la forma dell’elettrone è legata anche alla genesi dell’universo. Infatti uno dei problemi dei cosmologi, i ricercatori che studiano la nascita e l’evoluzione dell’universo, è la cosiddetta ‘asimmetria barionica: nel nostro universo c’è più materia che antimateria. L’antimateria è la “gemella cattiva” della materia: se una particella e un’antiparticella si incontrano, si annullano in un lampo di luce. Come spiega Cornell, «il momento di dipolo elettrico è come un grande telescopio puntato sui resti dell’asimmetria lasciata dal big bang 14 miliardi di anni fa». E aggiunge che «l’universo così come lo vediamo oggi esiste solo perché a un certo punto ci furono un po’ più particelle che antiparticelle. Stiamo cercando i fossili di quell’antica asimmetria e il candidato più probabile potrebbe essere un elettrone deformato. Il fatto che non abbiamo trovato ancora questo fossile è sorprendente, ma è anche un indizio». Un indizio che probabilmente bisogna rivedere alcune teorie, oppure che la nostra ricerca deve essere affinata.

La tecnica sviluppata dal gruppo del Jila consentirà di fare ulteriori misure con una precisione maggiore e potrà essere impiegata in modi non previsti inizialmente. Infatti con questo procedimento è possibile indurre le molecole a rimanere negli stati desiderati anche per 700 millisecondi, che per la fisica delle particelle è un tempo lungo. Questa proprietà potrebbe essere sfruttata, per esempio, nello sviluppo dei computer quantistici. Infatti i qubit, i cugini quantistici dei più noti bit, potrebbero mantenere più a lungo l’informazione nei livelli energetici elettrici e magnetici che negli stati quantistici usati di solito.

Per saperne di più:

Fonte: L’importanza di essere rotondo