El Escurridizo Momento Dipolar Eléctrico

Por: Dra. Amira Val Baker, Astrofísica de Resonance Science Foundation

Las mediciones precisas del momento dipolar de los electrones (EDM) pueden ayudar a resolver preguntas sin respuesta sobre nuestro universo.

El modelo estándar de la física de partículas describe con precisión todas las mediciones de física de partículas realizadas hasta ahora en el laboratorio. Sin embargo, aunque pretende describir nuestro universo observable, desde lo más grande hasta lo más pequeño, actualmente deja muchas cuestiones abiertas al debate. Una de ellas es: ¿por qué en nuestro Universo predomina la materia ordinaria y no la antimateria?

Ya en 1967, el científico ruso Andrei Sakharov reconoció que una posible razón de esta asimetría podría ser la aparición de la violación del CP, es decir, que la simetría combinada de carga (C) y paridad (P) no se conserva como se espera. Sájarov sugirió que la materia y la antimateria estaban presentes en cantidades iguales en el universo primitivo y que la asimetría se desarrolló con la aparición de la violación CP, muy probablemente en los primeros segundos después del big bang. Esta asimetría se propagó después con la evolución cósmica.

El modelo estándar de la física de partículas ha incluido desde entonces parámetros para dar cuenta de tal violación, pero no es suficiente para explicar la asimetría materia - antimateria observada.

Los científicos han sugerido teorías alternativas en las que se produce una violación de la simetría del tiempo. Esto puede no parecer extraño, ya que en general se sabe que el tiempo es asimétrico. Sin embargo, en un estado de equilibrio la simetría temporal puede existir. Curiosamente, en el nivel cuántico se viola esta esperada simetría temporal de equilibrio. Por ejemplo, un electrón en precesión en un campo magnético precesaría en la dirección del campo magnético y, por tanto, mantendría la simetría temporal. Sin embargo, un campo eléctrico no cambia de dirección y, por tanto, un electrón que precese en un campo eléctrico violaría la simetría temporal. Esta violación daría lugar a un momento dipolar eléctrico (EDM) a lo largo del eje del espín del electrón, es decir, la tendencia de un dipolo eléctrico a girar debido al par experimentado por un campo externo.

La asimetría en dicha interacción es una violación de la simetría CP y, por tanto, una medición significativa no nula de la EDM podría explicar la asimetría materia -  antimateria observada en el universo. Sin embargo, los valores predichos por modelos alternativos como el de la supersimetría son demasiado bajos para ser medidos experimentalmente, ¡al menos así era hasta hace poco! Ahora, un equipo de científicos de la colaboración Advanced Cold Molecule Electron (ACME) EDM, dirigido por los profesores Doyle, Gabrielse y DeMille, ha medido con éxito la precesión del espín del electrón y ha obtenido un límite del EDM.

Estos resultados no sólo ayudan a restringir el EDM, sino que también, y de forma más significativa, ponen en cuestión el modelo estándar ¡de nuevo!

La inversión del tiempo significa esencialmente que un sistema tiene el mismo aspecto si se invierte el flujo del tiempo, con la única diferencia de que la velocidad y el giro irían en la dirección opuesta. Si el sistema se ve diferente, entonces se ha producido una violación del tiempo, y se dice que el sistema es asimétrico. Por lo tanto, se deduce que si hay una violación de la carga (C) y/o de la paridad (P), entonces se produce una violación de la simetría del tiempo (T) - asimetría del tiempo.

Artículo: https://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.3.20181114a/full/