Ψάχνοντας για σωμάτια με φορτίο χιλιοστού του στοιχειώδους ηλεκτρικού φορτίου (millicharged particles)

Ορισμένες επεκτάσεις του Καθιερωμένου Προτύπου της σωματιδιακής φυσικής, προβλέπουν την ύπαρξη σωματίων με θετικά ή αρνητικά φορτία πολύ μικρότερα από 1 e (Το στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο e ισοδυναμεί με 1,6×10^-19 Coulomb).

Μέχρι τώρα οι έρευνες που έχουν γίνει στη γήινη ύλη (σε αντίθεση με τα περιβάλλοντα αστροφυσικής) για αυτά, τα millicharged (φορτισμένα με φορτία τάξης του χιλιοστού) όπως ονομάζονται, σωμάτια έχουν φθάσει σε ευαισθησία των φορτίων τόσο μικρό όσο περίπου 0,1e. [Γενικά millicharged σωμάτια είναι σωμάτια με φορτίο q ≤ (10^−3) e].

Τώρα, ερευνητές στην ομάδα του Giorgio Gratta, στο Πανεπιστήμιο του Stanford στην Καλιφόρνια, έχουν επεκτείνει αυτή την έρευνα σε φορτία με τιμές μικρότερες από 5x(10^-5)e, ψάχνοντας για τις πιθανές τους επιπτώσεις σε αναρτημένες μικροσκοπικές διηλεκτρικές σφαίρες που τοποθετούνται σε ταλαντούμενο ηλεκτρικό πεδίο.

Οι ερευνητές αναφέρουν πως αν τα υποθετικά σωμάτια υπάρχουν, θα βρίσκονται, στο υλικό που δοκιμάζεται, σε πλήθος που δεν υπερβαίνει τον αριθμό 2,5×10^-14 ανά νουκλεόνιο.

Σε μια σειρά από επαναλαμβανόμενα πειράματα ο Gratta και οι συνάδελφοί του, κρέμασαν μια σφαίρα πυριτίου, με διάμετρο περίπου 5 μm (μικρόμετρα, 1 μm ισοδυναμεί με 1×10^-6 m), σε μια οπτική παγίδα.

Μετά από προσεκτική απομάκρυνση κάθε ακέραιου φορτίου από κάθε σφαίρα με υπεριώδες φως, εφάρμοσαν μια ταλαντούμενη διαφορά δυναμικού κατά μήκος της οπτικής παγίδας και χρησιμοποίησαν lasers για να ανιχνεύσουν ελαχιστότατες αποκλίσεις στη θέση των μικροσφαιρών, που θα μπορούσαν να είναι αποτέλεσμα ηλεκτροστατικών δυνάμεων επάνω στα millicharged σωμάτια.

Ο κύριος περιορισμός στην ευαισθησία του φορτίου είναι η οποιαδήποτε ασφαιρικότητα ή άλλη ανομοιομορφία στις σφαίρες. Η εγκατάσταση, η οποία είναι ευαίσθητη σε δυνάμεις μικρότερες από ένα attonewton (1aN = 1×10^-18 N), θα μπορούσε επίσης να ερευνήσει για αποκλίσεις από τη νευτώνεια βαρύτητα, σε κλίμακες μήκους συγκρίσιμες με το μέγεθος των μικροσφαιρών.

Περισσότερα: Search for Millicharged Particles Using Optically Levitated Microspheres