El momento dipolar eléctrico del electrón y la búsqueda de la supersimetría

Dibujo20131113 schematic of the apparatus - collimated pulse ThO enters magnetically shielded region - arxiv org

La distribución de carga del electrón es la esfera más perfecta que se ha logrado medir. En 2011 se publicó en Nature que el momento dipolar eléctrico del electrón es |d|<10,5 × 10−28 e cm, al 90% C.L. Un nuevo artículo rebaja esta límite en un orden de magnitud, a tan sólo |d| < 8,7 × 10−29 e cm, también al 90% C.L. No sé si el nuevo resultado acabará siendo aceptado en Nature, pero es muy interesante ya que muchas extensiones del modelo estándar que incorporan violaciones de la simetría CP (o de la simetría T) predicen un momento dipolar eléctrico del electrón entre 10−27 > |d| > 10−30 e cm, con lo que el nuevo resultado restringe bastante dichas teorías (entre ellas, la supersimetría a baja energía, en la escala electrodébil que explora el LHC). En cierto sentido el nuevo artículo es un nuevo revés para la búsqueda de la supersimetría en el LHC (aunque en rigor aún queda hueco libre). El nuevo artículo técnico es ACME Collaboration, “Order of Magnitude Smaller Limit on the Electric Dipole Moment of the Electron,” arXiv:1310.7534 [physics.atom-ph], 07 Nov 2013. El artículo técnico con la estimación anterior es J. J. Hudson et al., “Improved measurement of the shape of the electron,” Nature 473: 493–496, 26 May 2011. Más información en Clara Moskowitz, “Electron appears spherical, squashing hopes for new physics theories,” Nature News, 13 Nov 2013 [SciAm 11 Nov 2013].

Dibujo20131113 energy level diagram - the relevant states are H and C - arxiv org

Para medir el momento dipolar eléctrico del electrón se ha realizado una medida del movimiento de precesión de un pulso de moléculas de ThO generado a partir de una fuente criogénica de este gas. El pulso pasa a través de dos placas paralelas que generan un campo eléctrico y que están sometidas a un campo magnético paralelo a dicho campo eléctrico. Mediante un láser se excitan las moléculas y en el plano transversal aparece una superposición coherente de los estados de espín de estas moléculas. Usando otro láser se mide el posible movimiento de precesión de las moléculas de ThO que existiría si el momento dipolar eléctrico del electrón no fuera nulo.

Para excitar las moléculas de ThO a un estado metaestable (C) se usa un láser de 923 nm; este estado tiene vida media es de unos 2 ms y antes de que decaiga las moléculas se encuentran en un estado de superposición de los estados fundamental (H) y excitado (C). El posible movimiento de precesión se estudia tras una distancia de 22 cm (que las moléculas cruzan en 1,1 ms). Se mide la transición H→C con un láser de lectura cuya polarización se alterna para poder medir las dos proyecciones del espín del electrón en dos direcciones ortogonales en el plano transversal al campo eléctrico aplicado. Cualquier momento dipolar eléctrico del electrón altera las probabilidades de lectura de ambas proyecciones del espín (mostrando la existencia de un movimiento de precesión).

Dibujo20131113 histogram of measurements with error bars - arxiv org

El resultado de este ingenioso experimento es compatible con un momento dipolar eléctrico del electrón igual a cero, e impone un nuevo límite máximo para su valor. Una estimación detallada de los errores sistemáticos permite alcanzar el mejor límite superior medido hasta el momento. Además, la nueva técnica promete mejoras en los próximos años.

Clara Moskowitz en Nature News (y en Scientific American) destaca mucho que el nuevo resultado impone fuertes límites a la búsqueda de la supersimetría a escalas de energía alcanzables en el LHC. Hay que tener cuidado con exagerar este hecho. La supersimetría podría ser una fuente de asimetría CP en esta escala de energías, pero no es necesario que lo sea. Además, incluso si lo es, todavía queda bastante hueco en el espacio de parámetros para que el nuevo resultado no afecte a la esperanza de encontrar a SUSY en el LHC.

Anuncios

2 pensamientos en “El momento dipolar eléctrico del electrón y la búsqueda de la supersimetría

  1. Puedes borrar este comentario tanto si tengo razón como si no: creo que la doble desigualdad del primer párrafo tiene los signos de desigualdad invertidos.

Los comentarios están cerrados.