¿Pueden polarizarse eléctricamente los electrones, es decir, pueden adquirir un momento dipolar eléctrico inducido?

Un comentario sobre una pregunta reciente plantea un punto interesante:

Ahora bien, si se coloca un electrón en un campo eléctrico externo, lo primero que hará será acelerar. Entre otras cosas, esto significa que será metrológicamente imposible extraer una señal de un momento dipolar eléctrico inducido distinto de cero de cualquier experimento del mundo real.

... pero eso no significa que esté prohibido por los primeros principios. Entonces: ¿es posible, en principio, que el electrón tenga una polarizabilidad eléctrica distinta de cero?

Respuestas (1)

El momento dipolar eléctrico del neutrón (nEDM) es una medida de la distribución de carga positiva y negativa dentro del neutrón. Un momento dipolar eléctrico finito solo puede existir si los centros de distribución de carga negativa y positiva dentro de la partícula no coinciden.

Tu dices :

Para el electrón, un momento dipolar eléctrico distinto de cero puede entenderse (en un modelo clásico inexacto) como una separación espacial entre el centro de masa y el centro de carga).

Dentro del modelo estándar de física de partículas , los electrones son partículas puntuales, no son compuestas como lo es el neutrón ( lleno de quarks y antiquarks ). El centro de masa y el centro de carga son, por definición, lo mismo. No puede existir una distribución de carga en un punto, por definición de "distribución", por lo que no se puede prever una definición clásica de un EDM de electrones.

Según tengo entendido, los experimentos que intentan medir el EDM de electrones intrínseco están verificando los cálculos del modelo estándar, donde los diagramas de Feynman con varios bucles de intercambio pueden considerarse como que definen una distribución de carga mecánica cuántica probabilística para las interacciones del electrón. Estos son muy, muy improbables como muestran los números.

Por lo tanto, su pregunta involucra teorías más allá del modelo estándar como, por ejemplo , los preones , donde los quarks y los leptones se consideran compuestos, ya no son partículas puntuales y podría existir una distribución de carga espacial de los orbitales de los preones, similar a los quarks-antiquarks dentro del neutrón.

En este enlace

Es bien sabido que el electrón tiene un momento dipolar magnético, que es el resultado del "spin" de la partícula, o momento angular intrínseco. Sin embargo, la simetría de inversión del tiempo, el requisito de que la física sea la misma para el tiempo que avanza y retrocede, prohíbe que el electrón también tenga un EDM.

....

La simetría de inversión de tiempo es un principio de la versión más simple del modelo estándar, por lo que cualquier medida del EDM apuntaría a una nueva física. Algunas versiones del modelo estándar permiten alguna violación de la inversión de tiempo, pero esto daría como resultado un EDM más pequeño que aproximadamente 10 − 39 y cm. Esto sería extremadamente difícil de medir experimentalmente. Sin embargo, algunos modelos que intentan describir la física más allá del modelo estándar predicen EDM mucho más grandes para el electrón, y estas predicciones se pueden probar en el laboratorio.

El enlace continúa para describir los experimentos.

Si se viola la simetría de inversión de tiempo, se produce una violación de CP, por lo que el descubrimiento de un EDM de electrones, no los límites, señalará una nueva física más allá del modelo estándar, como se estudia aquí .

En los comentarios dices:

Dicho esto, si conoce una prueba sólida de que el hecho de que el eEDM intrínseco se produzca a través de interacciones débiles significa que los eEDM inducidos son imposibles, entonces, por supuesto, conéctelo.

En mi opinión, los eEDM inducidos son imposibles en un modelo donde el electrón es una partícula puntual. Después de todo, los EDM intrínsecos calculados a partir de diagramas de Feynman particulares son un tipo de EDM inducido, excepto en el espacio de probabilidad de la mecánica cuántica. Si ningún EDM de electrones intrínsecos está firmemente establecido experimentalmente, no hay interés para los teóricos de involucrarse en teorías de composición, donde el electrón ya no es una partícula puntual elemental.

No, un EDM distinto de cero para el electrón es perfectamente compatible con (y predicho por) el SM. He agudizado el lenguaje del que te quejabas, si tanto te molesta. En cuanto a la invariancia de inversión de tiempo, no prohíbe un eEDM distinto de cero porque no es una simetría del SM, solo lo es CPT.
Además, el artículo de Physics World al que se vincula describe el EDM intrínseco del electrón, del cual soy perfectamente consciente (cf. el tercer punto de la pregunta y las páginas a las que se vincula). La pregunta es sobre los EDM inducidos .
No es posible inducir un EDM a una partícula puntual, no hay distribución de carga, ni orbitales, como ocurre con los quarks en el neutrón.
encontró que "tener un momento dipolar de electrones distinto de cero requiere una violación de CP y, por lo tanto, involucra el sector de interacción débil del modelo estándar. 4 La forma en que esto surge en detalle depende de los problemas de la masa del neutrino y de QCD" blogs.umass.edu/dynamicssm/ files/2014/07/edmelectron.pdf "Por lo tanto, una señal detectada para el momento dipolar eléctrico del electrón en cualquier experimento a corto plazo presumiblemente tendría un origen más allá del modelo estándar" y esto no es para el inducido como lo imaginas a la neutrón.
Me alegro de que te hayas puesto al día. Sí, un eEDM distinto de cero requiere una violación de CP y, por lo tanto, solo puede ocurrir a través de la interacción débil. (Como recordatorio, la interacción débil existe. Esta es la razón por la cual el SM predice un valor distinto de cero del eEDM, independientemente de cualquier movimiento manual demasiado reductivo sobre "partículas puntuales".) Nada en el texto de su respuesta o sus comentarios tiene cualquier relación con la pregunta real formulada. Vuelva a leerlo detenidamente; tenga en cuenta, en particular, que lo que puede o no detectarse en un experimento a corto plazo no tiene relevancia para la pregunta.
Dicho esto, si conoce una prueba sólida de que el hecho de que el eEDM intrínseco se produzca a través de interacciones débiles significa que los eEDM inducidos son imposibles, entonces, por supuesto, conéctese a él. Luego, puede reemplazar el texto existente (irrelevante) en la respuesta con una breve descripción de dicha prueba, o dónde encontrarla, y estaré encantado de aceptarla.
Encontré dos artículos recientes de arxiv que tratan sobre los posibles nuevos límites intrínsecos de EDM por experment arxiv.org/abs/1810.09413 arxiv.org/pdf/1810.07736.pdf , donde más o menos tratan el límite en el intrínseco como efectivamente cero. Cualquier composición solo se discute en el sector de Higgs, ya que afecta los diagramas de Feynman que asumen.
"donde más o menos tratan el límite del intrínseco como efectivamente cero" si eso no es un error tipográfico, no parece reflejar con precisión el documento. Si quiso decir 'inducido', entonces sí, esos documentos parecen ignorar la posibilidad de un momento dipolar inducido, por lo que no parecen relevantes para la pregunta planteada. ¿Puedes explicar cuál crees que es su relevancia? (más allá de simplemente "hay literatura sobre el eEDM intrínseco", es decir, que ya se demuestra en la pregunta).
por efectivamente quiero decir que la medida es compatible con cero dentro de los errores experimentales.
En ese caso, le recomiendo que vuelva a leer esos documentos. Sí, el resultado experimental de ACME es compatible con cero, pero ninguno de los documentos lo trata como "efectivamente cero". (Si lo hicieran, no habría necesidad de escribir artículos al respecto).
Pero en cualquier caso, para volver a poner la discusión en el tema: nada de lo que ha dicho aborda el hecho de que esta publicación no responde a la pregunta, o de hecho no dice nada relevante para su discusión. A menos que tenga algo que agregar que sea relevante, no veo el punto de continuar discutiendo.
¿Pueden polarizarse eléctricamente los electrones, es decir, pueden adquirir un momento dipolar eléctrico inducido?
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