Физики из Северо-Западного, Гарвардского и Йельского университетов (США) провели эксперимент ACME II и с рекордной точностью измерили значение электрического дипольного момента (ЭДМ) электрона — разницу между материальным центром частицы и зарядовым центром. Оно оказалось равным нулю, что позволило отвергнуть существование некоторых гипотетических частиц, предложенных в рамках Новой физики. Открытие этих частиц помогло бы решить ряд парадоксов, касающихся существования Вселенной. Статья ученых опубликована в журнале Nature.
Свойства известных элементарных частиц описываются Стандартной моделью, которая не может объяснить ряд физических явлений (например, происхождение массы, нейтринные осцилляции и происхождение темной массы). Для решения этой проблемы ученые выдвинули ряд гипотетических принципов, относящихся к Новой физике. Согласно одному из них — суперсимметрии — каждой известной элементарной частице соответствует более тяжелый по массе суперпартнер. Например, партнером электрона, который является фермионом, является бозон селектрон, а партнером глюона (который бозон) — фермион глюино. Однако до сих пор эти гипотезы не были подтверждены экспериментально.
Согласно теории, присутствие гипотетических частиц приводит к появлению ненулевого ЭДМ у электрона. Однако результаты предыдущих экспериментов показали, что если ЭДМ у электрона существует, то для его обнаружения нужны приборы со сверхвысокой чувствительностью. Стандартная модель предсказывает, что ЭДМ у электрона все-таки есть из-за нарушения CP-инвариантности, но он достаточно мал, чтобы быть различимым. Электрический дипольный момент, возникающий в теориях Новой физики, должен быть гораздо больше, при этом чем больше масса частицы, тем меньший эффект она должна оказывать на ЭДМ.
Показано, что частица, чья масса эквивалентна энергии в 1-100 тераэлектронвольт (ТэВ), должна наводить электрический дипольный момент в промежутке от 10 в минус 27-й степени до 10 в минус 30-й степени элементарных зарядов на сантиметр (е*см). Это на порядок меньше той величины, что была доступна экспериментаторам до этого.
В эксперименте ACME II, чувствительность которого была в 10 раз выше, чем у ACME I, физики не нашли свидетельств ненулевого ЭДМ. Это указывает на то, что гипотетические частицы, нарушающие CP-инвариантность, если они существуют, обладают настолько большими массами (выше 30 ТэВ), что не могут быть выявлены на Большом адронном коллайдере при текущих энергиях соударений.