Astri & particelle
di Roberto Battiston
Professore ordinario di fisica sperimentale all’Università di Trento
www.robertobattiston.it
Quanto è sferico un punto?
La più recente misura della forma dell’elettrone mette in crisi molte nuove teorie
Martial Trezzini/epa/Corbis
L
a fisica fondamentale si occupa delle cose più ele- trici e magnetici esterni lungo 24 centimetri di traiettoria. Sfrutmentari possibili. Prendiamo l’elettrone. Per quan- tando il fatto che l’angolo di precessione è proporzionale al proto ne sappiamo, è una particella elementare, quin- dotto del campo elettrico interno della molecola per il momento
di priva di una sua dimensione. A tutti gli effetti di dipolo elettrico dell’elettrone nonché per il campo esterno che
è un punto dotato di carica elettrica circondato da viene applicato, recentemente è stato possibile stabilire che la diuna nuvola di fotoni virtuali che corrispondono al campo elettri- stribuzione della carica elettrica dell’ elettrone è perfettamente
co da essa generata. Perfetto, in questa sua definizione, l’elettrone sferica entro 8 × 10–29 centimetri. Possiamo quindi affermare che
richiama alla mente la nozione di punto geometrico euclideo. Es- l’elettrone è puntiforme e sferico entro la precisione sperimentasendo però parte della realtà fisica e non solo un concetto astratto, le oggi raggiungibile.
questa materializzazione di un’idea può essere sottoposta a verifiQuesto risultato ha implicazioni non banali. Un’eventuale
che sperimentali entro i limiti delle tecniche disponibili.
struttura interna dell’elettrone porterebbe immediatamente a ipoCi sono diversi modi per studiare quanto è puntiforme un elettrone. Uno è farlo urtare violentemente contro un’altra particella elementare, un quark o un altro elettrone
e studiare le caratteristiche delle particelle prodotte nell’urto. Un po’ come tirare ripetutamente una boccia contro un sacchetto
in cui vi sono una o più bocce: da come avviene il rimbalzo si può capire che cosa c’è
nel sacchetto. In questo modo è stato possibile stabilire che l’elettrone è più piccolo di
10–18 metri.
Un altro modo è studiare il momento di
dipolo elettrico dell’elettrone, vale a dire la
lunghezza equivalente su cui è disposta la
carica elettrica, un po’ come un ghiacciolo su un bastoncino. Questa quantità ha le
dimensioni di una lunghezza per la carica
elettrica elementare. Se la carica elettrica è
disposta in modo perfettamente simmetrico rispetto al centro dell’elettrone, il dipolo
elettrico sarà nullo. Altrimenti la carica si dispone secondo un asse preferenziale, rompendo la simmetria sferica.
La ricerca di particelle supersimmetriche è uno degli obiettivi principali del Large
Come si fa a misurare il dipolo elettrico Hadron Collider, che arriva a energie del teraelettronvolt ( TeV), l’intervallo previsto per esse.
dell’elettrone? Basta studiare la tendenza del
momento angolare di un elettrone a precedere angolarmente se tizzare un nuovo livello di complessità della natura, con particelle
immerso in un campo elettrico esterno, come accade con i pez- ancora più fondamentali di quelle note. L’ esistenza di un dipolo
zettini di carta polarizzati da una bacchetta di plastica caricata elettrico, invece, è legata alla violazione dell’inversione tempoper sfregamento. Naturalmente per vedere un effetto molto picco- rale, non contenuta nell’elettromagnetismo ma prevista da certe
lo occorre applicare un campo elettrico molto grande. All’interno classi di teorie supersimmetriche. Il limite ottenuto sul momento
di certi atomi e molecole, per esempio nell’ossido di torio, gli elet- di dipolo dell’elettrone pone quindi un limite all’esistenza di quetroni sono esposti a campi elettrici enormi. Prendendo quindi un ste teorie, spingendo la corrispondente scala supersimmetrica sofascio molto freddo di queste molecole, schermato con la massi- pra il TeV.
ma cura da ogni campo magnetico spurio che provocherebbe efSi tratta di una scala di energia caratteristica del Large Hadron
fetti analoghi, per mezzo di sofisticate tecniche laser si misura la Collider, ma ottenuta con un esperimento che sta su un tavolo di
precessione di queste molecole sottoposte a opportuni campi elet- laboratorio.
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