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La forma dell’elettrone vista da vicino

La forma dell’elettrone vista da vicino

Un altro successo per il modello standard della fisica delle particelle: l’elettrone è tondo, come previsto. Almeno fino al livello di precisione raggiunto dai ricercatori delle università di Northwestern, Harvard e Yale, che hanno condotto un esperimento per esaminare la forma della carica dell’elettrone. I risultati dello studio sono stati pubblicati sull’ultimo numero della rivista Nature.

«Se avessimo scoperto che la forma non era perfettamente sferica, si sarebbe trattato del più importante risultato per la fisica negli ultimi decenni», spiega Gerald Gabrielse, dell’università di Northwestern, che ha guidato la ricerca. «Tuttavia, la nostra ricerca è molto significativa da un punto di vista scientifico, perché conferma il modello standard della fisica delle particelle, ed esclude modelli alternativi».

Il modello standard descrive tre delle quattro forze fondamentali: la forte, la debole e quella elettromagnetica, e il comportamento delle particelle fondamentali che compongono l’Universo. Fino ad ora questa teoria ha prodotto previsioni che sono state verificate sperimentalmente con grande precisione, ma dal momento che non include la forza gravitazionale non può essere considerata completa. Gabrielse e i suoi colleghi hanno speso molti anni delle loro carriere realizzando esperimenti che mettessero sotto esame il modello standard.

Tra i modelli alternativi a quello standard ce ne sono alcuni che prevedono una forma un po’ allungata e schiacciata per l’elettrone. Uno di questi, chiamato modello supersimmetrico, prevede che ci siano particelle subatomiche pesanti e sconosciute che alterano la forma dell’elettrone, un fenomeno chiamato momento di dipolo elettrico. Queste particelle pesanti potrebbero essere la chiave per comprendere alcuni dei misteri dell’Universo, tra cui ad esempio spiegare perché abbiamo più materia che antimateria. «Quasi tutti i modelli alternativi affermano che la carica dell’elettrone potrebbe essere schiacciata, ma fino ad ora non avevamo guardato con la sufficiente attenzione», dice Gabrielse. «Ecco perché abbiamo deciso di condurre questo esperimento, ottenendo la precisione più alta di sempre».

L’esperimento condotto dal team di scienziati consisteva nello sparare un fascio di molecole di ossido di torio all’interno di una cavità, per poi studiare la luce emessa dalle molecole. Grazie al comportamento di questa luce, i ricercatori hanno potuto concludere che non c’era nessun momento di dipolo elettrico in azione, e che la forma dell’elettrone era perfettamente sferica. Questo significa che l’esperimento non ha potuto provare l’esistenza delle ipotetiche particelle pesanti, che quindi, se esistono, hanno proprietà diverse da quelle previste fino ad ora.

«Il nostro risultato mostra alla comunità scientifica che abbiamo bisogno di ripensare seriamente ad alcune teorie alternative», dice David DeMille, dell’università di Yale, che ha partecipato allo studio. Nel 2014 lo stesso team aveva eseguito una misurazione simile utilizzando un apparato più semplice. L’esperimento più recente sfrutta tecnologia più avanzata ed è un ordine di grandezza più sensibile del precedente. «Se un elettrone avesse le dimensioni della Terra, potremmo conoscere la posizione del suo centro con una precisione di un milione di volte inferiore alle dimensioni di un capello umano. Questo è quanto è sensibile il nostro apparato», spiega Gabrielse.

Tutto il team di ricerca è impegnato a migliorare le capacità di misura dello strumento, per ottenere dati sempre più precisi e sottoporre il modello standard a nuovi e più stringenti test. Per ora la forma dell’elettrone rimane sferica, e dunque restano aperti numerosi misteri su come funziona il nostro Universo.

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