El electrón, ¿es esférico o no?

(Contribución de El neutrino al XX Carnaval de la Física, organizado por Resistencia Nvmantina.)

A finales del mes pasado se divulgó la noticia de la medida más precisa de la esfericidad del electrón realizada hasta la fecha. Pero, según en qué medio leyese uno la noticia, podía entender una cosa o la contraria: que el electrón es esférico o que no lo es por una minúscula diferencia. Al final, me he quedado con la duda y he tenido que recurrir a la fuente original: Improved measurement of the shape of the electron, publicado en la revista Nature el 25 de mayo de 2011 por J.J. Hudson, D.M. Kara, I.J. Smallman, B.E. Sauer, M.R. Tarbutt y E.A. Hinds, del Imperial College de Londres.

Para empezar, no sé si tiene mucho sentido hablar de esferas cuando nos referimos a la escala de las partículas elementales; hace ya muchos años que sabemos que el electrón no es una bolita. De todos modos, la medida realizada por los científicos del Imperial College no se refiere a la forma del electrón como partícula material, sino a la de su campo eléctrico. En principio, una carga eléctrica simple, como el electrón, genera un campo eléctrico isótropo, esto es, que se extiende por igual en todas direcciones. Sin embargo, el Modelo Estándar de física de partículas hoy aceptado predice una pequeña desviación de esa isotropía en el electrón, llamada "momento dipolar eléctrico". Un momento dipolar aparece normalmente cuando existen dos cargas opuestas separadas por una cierta distancia, pero en el caso del electrón es algo más complejo; sólo hay una carga, pero los procesos cuánticos permiten la creación y aniquilación a su alrededor de pares de partículas virtuales que son las que generan ese momento dipolar. En concreto, el momento dipolar eléctrico del electrón procede de la llamada "violación CP", descubierta en 1964 por los físicos estadounidenses James Cronin y Val Fitch, y que les valió el Premio Nobel de Física en 1980. La violación CP es una asimetría de la naturaleza; significa que en un proceso físico el comportamiento no es el mismo cuando se intercambian las partículas por sus antipartículas y a la vez se invierte la paridad, o sea, que se cambia el sistema por su imagen especular. CP significa precisamente eso, Carga-Paridad. El efecto de la violación CP en la isotropía del campo eléctrico del electrón, según el Modelo Estándar, es muy pequeño; el momento dipolar eléctrico del electrón es menor que 10^-38 e·cm (donde e es la carga del electrón), demasiado pequeño para ser medido con las técnicas experimentales actuales. Pero otras teorías propuestas para extender el Modelo Estándar, como la supersimetría y el tecnicolor, predicen valores mucho mayores que sí pueden ser detectables. De ahí el interés de medir esta propiedad del electrón.

Volviendo a la medida realizada en el Imperial College de Londres, se ha obtenido un valor para el momento dipolar del electrón de (−2,4 ± 5,7 ± 1,5) × 10⁻²⁸ e·cm. El primer número es el valor medio, el segundo el error estadístico y el tercero el error sistemático. Obviamente, los errores superan con creces el valor medido, de modo que un valor nulo para el momento dipolar no queda descartado. De hecho, el resultado final que se presenta es que el momento dipolar eléctrico del electrón es menor que 10,5 x 10⁻²⁸ e·cm. Así que, hasta nuevo aviso, el electrón (o su campo eléctrico) sigue siendo esférico. Lo que pasa es que algunos han confundido el intervalo de error (o sea, la precisión de la medida) con el valor real.