Ha az elektront egy negatív töltésű, gömbölyű felhőként képzeljük el, a gömb tökéletlensége segíthetne megmagyarázni a fizikával kapcsolatos egyes alapvető rejtélyeket, többek között azt, hogy miért olyan a világegyetemben amilyen. A fizikusok ennek megfelelően az elmúlt évtizedekben kitartóan kutatták az elektron formáját, hogy bármiféle aszimmetriát fedezzenek fel ebben. A kísérletek mára olyan érzékenyek, hogy ha egy elektron akkora lenne, mint a Föld, akkor egyetlen cukormolekulányi dudort is ki tudnának mutatni rajta.

A legfrissebb eredmények szerint azonban az elektron a jelenlegi vizsgálatok érzékenysége alapján tökéletesen gömbölyű. Ez némileg csalódás mindazoknak, akik újfajta fizika után kutatnak, ugyanakkor segíthet az elméletek és modellek pontosításában, és annak felmérésében, hogy milyen ismeretlen részecskék és kölcsönhatások hiányozhatnak a jelenlegi összképből.

A részecskefizika sztenderd modellje a jelenlegi legjobb gyűjteményünk az univerzumban létező részecsketípusokról. Az elmélet az elmúlt évtizedek kísérleti vizsgálatai során is kiemelkedően jól megállta a helyét, de van néhány hiányossága, mondja Dmitry Budker, a Kaliforniai Egyetem fizikusa. Egyrészt puszta létezésünk is bizonyítja, hogy a sztenderd modell nem teljes, hiszen az elmélet szerint az ősrobbanáskor egyenlő arányban keletkezett az anyag és az antianyag, amelyek viszont megsemmisítették volna egymást.

1967-ben Andrej Szaharov szovjet fizikus javasolt egy lehetséges megoldást erre a rejtélyre. Feltételezte, hogy a természetben kell lennie valamilyen mikroszkopikus folyamatnak, amely fordítva másképp néz ki, vagyis aszimmetrikus, és ennek köszönhetően az anyag dominánssá válhatott az antianyaggal szemben. Néhány évvel korábban a fizikusok fel is fedeztek egy ilyen folyamatot a kaon részecske bomlásakor, de ez önmagában nem volt elég az aszimmetria magyarázatához.

A fizikusok azóta is keresik az új részecskékre utaló nyomokat, amelyek további aszimmetriát rejthetnek. Néhányan ezt közvetlenül, például a Nagy Hadronütköztető segítségével teszik, az elmúlt évtizedekben azonban egy viszonylag alacsony költségvetésű alternatíva is megjelent: ennek során azt vizsgálják, hogy a hipotetikus részecskék hogyan változtatnák meg az ismert részecskék tulajdonságait.

Az egyik ilyen kutatási vonalat az elektron gömbölyűségének tanulmányozása rejti. A kvantummechanika szerint az elektron negatív töltésű felhőjében folyamatosan megjelennek és eltűnnek más részecskék. Bizonyos, a sztenderd modellen túlmutató „virtuális” részecskék azonban az elektront kissé tojás alakúvá tennék. A „tojás” egyik csúcsán kicsit több pozitív töltése lenne, a másiknál pedig kicsit több negatív. Ezt a töltéskülönbséget elektromos dipólmomentumnak (EDM) nevezik.

A sztenderd modell szerint az elektron EDM-je elenyészően kicsi – közel egymilliószor kisebb, mint amit a jelenlegi technikákkal vizsgálni tudnak. Ha tehát a kutatók a mai kísérletek segítségével egy nyújtott, tojásdad alakot észlelnének, az új fizika határozott nyomait mutatná.

Az elektron EDM-jét a kutatók a részecske spinjének változásai révén próbálják meghatározni, mágneses mezőkkel manipulálva azt. Ha az elektron tökéletesen gömb alakú, akkor az ilyen módon való „forgatás” nem lehetséges, mivel nincs „fogantyú”, amibe bele lehetne kapaszkodhatni, mondja Amar Vutha, a Torontói Egyetem fizikusa. Ha viszont van kifejezett EDM, akkor az elektromágneses mező képes megkapaszkodni a részecskében, és megváltoztatni a spint. 2011-ben a londoni Imperial College kutatói megmutatták, hogy ez a „fogantyúhatás” felerősíthető, ha az elektront egy nehéz molekulához rögzítik.

Az egyik fontos vonatkozó kísérlet a Northwestern Egyetemen zajlik, egy másik pedig a Coloradói Egyetemen működik: az egymással versengő kutatócsoportok az elmúlt évtizedben 200-szorosára növelték a mérések érzékenységét, de még mindig nem látják nyomát EDM-nek. A további pontosításhoz a kutatók két dolgot szeretnének: még több mérést és még hosszabb mérési időt. A két csapat ehhez eltérő megközelítést alkalmaz. Az Northwestern kutatói csoport a mérések mennyiségének növelésével próbál haladni. Semleges molekulákból álló nyalábokat lőnek ki, másodpercenként több tízmillió molekulát vizsgálva, egyenként csak néhány ezredmásodperc erejéig.

A Coloradói Egyetem csapata kevesebb molekulát mér, de hosszabb ideig: egyszerre néhány száz molekulát ejtenek csapdába, majd akár három másodpercig is mérik őket. Az utóbbi technikát 2017-ben mutatták be hafnium-fluorid molekulákkal, és a módszert azóta is folyamatosan fejlesztik. A vizsgálat jelenleg 1013 elektronvolt feletti energiákra érzékeny, ami több mint egy nagyságrenddel jobb annál, mint amit az LHC jelenleg vizsgálni tud.  De közben a másik módszer követői is haladnak, most éppen a nyalábok meghosszabbításán dolgoznak, hogy hosszabb idejű méréseket végezhessenek. Az elektron aszimmetriájának azonban továbbra egyelőre továbbra sincs nyoma.