El momento dipolar eléctrico del electrón (EDM) d e es una propiedad intrínseca de un electrón tal que la energía potencial está relacionada linealmente con la fuerza del campo eléctrico:
La EDM del electrón debe ser colineal con la dirección del momento magnético del electrón (espín) . [1] Dentro del Modelo Estándar de física de partículas elementales, se predice que tal dipolo no es cero pero es muy pequeño, como máximo 10 −38 e ⋅cm , [2] donde e representa la carga elemental . El descubrimiento de un momento de electrones dipolo eléctrico sustancialmente mayor implicaría una violación tanto invariancia paridad y invariancia inversión del tiempo . [3] [4]
Implicaciones para el modelo estándar y las extensiones
En el modelo estándar, la electroerosión electrónica surge de los componentes que violan el CP de la matriz CKM . El momento es muy pequeño porque la violación de CP involucra quarks, no electrones directamente, por lo que solo puede surgir mediante procesos cuánticos donde se crean quarks virtuales , interactúan con el electrón y luego se aniquilan. [2] [a]
Si los neutrinos son partículas de Majorana , es posible un EDM más grande (alrededor de 10 −33 e ⋅cm ) en el modelo estándar [2]
En las últimas dos décadas se han propuesto muchas extensiones del Modelo Estándar. Estas extensiones generalmente predicen valores mayores para la electroerosión por electrones. Por ejemplo, los diferentes modelos tecnicolor predicen d e que va desde 10 -27 a 10 -29 e ⋅cm. [ cita requerida ] Algunos modelos supersimétricos predicen que | d e | > 10 −26 e ⋅cm [5] pero algunas otras opciones de parámetros u otros modelos supersimétricos conducen a valores predichos más pequeños. Por lo tanto, el límite experimental actual elimina algunas de estas teorías tecnicolor / supersimétricas, pero no todas. Más mejoras, o un resultado positivo, [6] impondrían más límites sobre qué teoría tiene prioridad.
Definición formal de la electroerosión electrónica
Como el electrón tiene una carga neta, la definición de su momento dipolar eléctrico es ambigua en que
depende del punto sobre el cual el momento de la distribución de la carga se toma. Si tuviéramos que elegir para ser el centro de carga, entonces sería idénticamente cero. Una opción más interesante sería tomar como el centro de masa del electrón evaluado en el marco en el que el electrón está en reposo.
Sin embargo, nociones clásicas como el centro de carga y la masa son difíciles de precisar para una partícula elemental cuántica. En la práctica, la definición utilizada por los experimentadores proviene de los factores de forma que aparece en el elemento de la matriz [7]
del operador de corriente electromagnética entre dos estados en el caparazón con normalización del espacio de fase invariante de Lorentz en el que
Aquí y son soluciones de 4 espinores de la ecuación de Dirac normalizadas de modo que, y es la transferencia de impulso de la corriente al electrón. La factor de forma es la carga del electrón, es su momento dipolar magnético estático , yproporciona la definición formal del momento dipolar eléctrico del electrón. El factor de forma restantesería, si es distinto de cero, el momento anapole .
Mediciones experimentales del electroerosión electrónica
Hasta la fecha, ningún experimento ha encontrado una EDM de electrones distintos de cero. A partir de 2020, Particle Data Group publica su valor como | d e | <0,11 × 10 −28 e ⋅cm . [8] Aquí hay una lista de algunos experimentos de electroerosión después de 2000 con resultados publicados:
Año | Localización | Investigadores principales | Método | Especies | Límite superior experimental en | d e | |
---|---|---|---|---|---|
2002 | Universidad de California, Berkeley | Eugene Commins , David DeMille | Haz atómico | Tl | 1,6 × 10 −27 e ⋅cm [9] |
2011 | Colegio Imperial de Londres | Edward Hinds , Ben Sauer | Haz molecular | Yb F | 1,1 × 10 −27 e ⋅cm [10] |
2014 | Harvard - Yale (experimento ACME I) | David DeMille , John Doyle y Gerald Gabrielse | Haz molecular | Th O | 8,7 × 10 −29 e ⋅cm [11] |
2017 | JILA | Eric Cornell , Jun Ye | Trampa de iones | Hf F + | 1,3 × 10 −28 e ⋅cm [12] |
2018 | Harvard - Yale (experimento ACME II) | David DeMille , John Doyle y Gerald Gabrielse | Haz molecular | Th O | 1,1 × 10 −29 e ⋅cm [13] |
Experimentos propuestos para el futuro
Además de los grupos anteriores, los siguientes grupos están realizando o proponiendo experimentos de electroerosión por electrones:
- David Weiss ( Universidad Estatal de Pensilvania ): [14] Trampa atómica Cs
- Daniel Heinzen de la Universidad de Texas en Austin : [6] Trampa atómica Cs
- Universidad de Groningen : haz molecular BaF [15]
- John Doyle ( Universidad de Harvard ), Nicholas Hutzler ( Instituto de Tecnología de California ) y Timothy Steimle ( Universidad del Estado de Arizona ): trampa molecular YbOH [16]
- Amar Vutha ( Universidad de Toronto ), Eric Hessels ( Universidad de York ): moléculas polares orientadas en una matriz de gas inerte [17]
Ver también
- Momento dipolo eléctrico de neutrones
- Momento magnético del electrón
- Paridad (física) § Violación de la paridad
- Violación de CP
- Conjugación de carga
- Simetría en T
- Momento dipolo eléctrico anómalo
Notas al pie
- ^ Más precisamente, un EDM distinto de cero no surge hasta el nivel de los diagramas de Feynman de cuatro buclesy superiores. [2]
Referencias
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