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Sobre el Momento Magnético del Electrón y su Significado para el Modelo Estándar

Crédito: IOP Publishing  

Por: Amal Pushp, Físico Afiliado de Resonance Science Foundation 

El momento magnético de un electrón es esencialmente una propiedad inherente que surge de la carga y el espín de la partícula. Los físicos saben que las partículas elementales como los electrones presentan dos tipos de momento angular: orbital y de espín, que en conjunto se conocen como acoplamiento espín-órbita. Este comportamiento dinámico colectivo da lugar además al momento dipolar magnético o simplemente al momento magnético. De hecho, el momento de dipolo magnético también puede aparecer por separado como momento de dipolo magnético orbital y de espín.

En general, el momento magnético puede describirse como una representación de la fuerza de cualquier fuente magnética. Consideremos una representación clásica de un electrón. Debido a la distribución de la carga del electrón, que es esencialmente giratoria, se produce la creación de un dipolo magnético o, en otras palabras, el electrón se comporta como una barra magnética microscópica, lo que obviamente nos lleva al hecho de que mostrará desviación cuando se coloque en un campo magnético externo.

Normalmente, los físicos tienden a medir ciertas magnitudes físicas asociadas a un fenómeno con mayores niveles de precisión para sondear los fenómenos con mayor profundidad y esto les ayuda a realizar cambios continuos en los modelos y, por tanto, a mantener el más actualizado en un momento dado. Siguiendo la misma tendencia, físicos de todo el mundo han estado intentando realizar mediciones del momento magnético del electrón con mayores niveles de precisión y un equipo mixto de investigadores de Harvard y la North-western University, ha realizado recientemente la medición más precisa jamás realizada del mismo [1]. 

Las mediciones del momento magnético de un electrón que gira en un campo magnético (B) pueden utilizarse para poner a prueba el modelo estándar. Las discrepancias entre el valor experimental y las predicciones del modelo estándar pueden revelar piezas que faltan en el repertorio de partículas o interacciones del modelo. El fondo de la imagen representa un subconjunto de los diagramas de Feynman que los teóricos utilizan para calcular el factor g del electrón, que relaciona el momento magnético de la partícula con su momento angular. Créditos: APS/Carin Cain 

El último trabajo supera el mejor resultado anterior obtenido en 2008 por un grupo dirigido por el físico G. Gabrielse, de la North-western University [2], que también es coautor del nuevo estudio. El nuevo valor medido, con una precisión de 0,13 fracciones de 1 billón, supone un avance de 2,2 veces, lo cual es un gran logro con respecto a los estándares empíricos.

Un parámetro importante que vale la pena discutir aquí y que es bastante relevante para el tema de discusión es el factor g.El factor g es esencialmente una cantidad física adimensional que une dos propiedades físicas muy importantes de una partícula o incluso de un átomo en su conjunto (también puede determinarse para diferentes isótopos, por ejemplo, véase un artículo anterior de RSF en el que he descrito el trabajo que condujo a una de las mediciones más precisas del factor g para isótopos de neón). Estos son el momento magnético y el momento angular. Los trabajos de Paul Dirac sobre mecánica cuántica relativista ayudaron a predecir que el factor g del electrón era 2. Sin embargo, pruebas empíricas posteriores realizadas por el físico Polykarp Kusch revelaron que el factor g es, de hecho, mayor que 2 en una cantidad pequeña pero físicamente significativa.Esta desviación, denominada momento magnético anómalo, fue explicada posteriormente por Julian Schwinger invocando correcciones de la teoría cuántica de campos en el cálculo del factor g. Se descubrió que la cantidad extra se debe principalmente a las contribuciones de los fotones virtuales, un importante objeto de estudio de la electrodinámica cuántica (QED).Como resultado de la contribución extra al factor g, los físicos han adoptado g-2 como el momento magnético anómalo. Cabe señalar que el valor de g-2 para el muón (una partícula como el electrón pero unas 207 veces más pesada), dio lugar a una discrepancia, ya que era incoherente con el modelo estándar. Se trata esencialmente de una oportunidad para que otros marcos novedosos se acerquen y florezcan, ya que la explicación satisfactoria mediante una teoría diferente supondría la modificación necesaria del modelo estándar y el descubrimiento de nueva física.

 

RSF en Perspectiva: 

La gran precisión en la medición del momento magnético del electrón es una gran ayuda para la comunidad de físicos por dos motivos fundamentales. En primer lugar, proporciona una gran reivindicación de la electrodinámica cuántica y, en segundo lugar, pone explícitamente de manifiesto la inconsistencia actual dentro del modelo estándar de la física de partículas, ya que no da cuenta del valor g-2 del muón. Además, como expone la física Saïda Guellati-Khelifa en su artículo,  la manipulación del último valor empírico del momento magnético del electrón para justificar el valor g-2 del electrón es actualmente un obstáculo, ya que ello exigiría implicar un valor muy preciso de la constante de estructura fina, lo que sigue siendo una paradoja para los modelos dominantes. 

Entre este caos dentro del modelo estándar, destaca el trabajo del físico Nassim Haramein y otros científicos de Resonance Science Foundation. El resultado experimental relativo al momento magnético del electrón es muy importante en el marco del modelo de campo unificado basado en el enfoque holográfico generalizado. Las últimas mediciones del momento magnético, combinadas con las mediciones anteriores del factor g del electrón, pueden compararse con el modelo de Nassim y también deducirse en un enfoque de primeros principios. Todo esto se desarrollará mucho más en el nuevo artículo científico titulado “Scale Invariant Unification of Forces, Fields & Particles in a Quantum Vacuum Plasma”, que esperamos se publique muy pronto.

También resulta bastante atractivo ver que en el abstracto del nuevo artículo científico se menciona explícitamente que Haramein et al. conciben una ley de escala que ayuda a formular una interpretación geométrica de la constante de estructura fina. Además, también se presenta una solución exacta para la constante de estructura fina. Esto, en combinación con otras características, podría ayudar a unificar todas las constantes fundamentales en un único marco unificado.


 

Referencias 

[1] X. Fan et al, Measurement of the Electron Magnetic Moment, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.071801 

[2] G. Gabrielse et al, New Measurement of the Electron Magnetic Moment and the Fine Structure Constant, Physical Review Letters (2008). DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.120801 

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