¿Existen partículas fundamentales con dipolos gravitatorios o eléctricos?

Question

Por magnetismo:

$$\oint \vec{B} \cdot \mathrm{d} A = 0$$

Para la electricidad:

$$\oint \vec{E} \cdot \mathrm{d} A = \frac{Q}{\epsilon_0}$$

Por gravedad:

$$\oint \vec{g} \cdot \mathrm{d} A = -4\pi G m$$

Sabemos que existen dipolos magnéticos (electrones individuales) y, sin embargo, no hay carga magnética.

Ahora bien, los dipolos eléctricos compuestos de múltiples partículas existen, pero no conozco ningún dipolo eléctrico fundamental.

¿Existen partículas fundamentales con dipolos gravitatorios o eléctricos?

No veo nada que los prohíba.

Supongo que también existen casos más complicados, como los fotones, que tienen campos eléctricos y magnéticos oscilantes. No estoy seguro de cómo describir correctamente casos más complicados como éstos. No estoy seguro de si es correcto llamar a un fotón monopolo o dipolo, pero supongo que es importante tener en cuenta que las cosas pueden ser algo más que monopolos o dipolos.

Answer 1

Las partículas fundamentales, como el electrón, tienen momentos dipolares magnéticos relacionados con sus espines. Además, el modelo estándar también predice que deberían tener pequeños momentos dipolares eléctricos (EDM). Sin embargo, los EDM predichos en el modelo estándar son muy pequeños; probablemente serán demasiado pequeños para observarlos directamente durante bastante tiempo. La razón es que tener un EDM permanente viola la simetría tiempo-reversa (T). El modelo estándar sí tiene violación de T, pero sólo puede aparecer a través de procesos cuánticos que implican al menos tres tipos diferentes de partículas virtuales, y estas correcciones cuánticas de orden superior suelen estar fuertemente suprimidas.

Hay bastante interés en la idea de que puede haber nueva física más allá del modelo estándar que implique fuentes mucho más fuertes de violación de T. Éstas, en consecuencia, producirían EDMs mucho mayores a través de correcciones cuánticas. La búsqueda de EDMs de electrones y neutrones es una de las mejores formas de probar estas teorías de nueva física.

Con la gravedad, la situación es diferente. En realidad, no es posible tener un dipolo gravitatorio. Un dipolo eléctrico implica una separación de las cargas positivas y negativas de un objeto. Sin embargo, no existen fuentes gravitatorias negativas; todas las masas son positivas. El multipolo de menor orden para un campo gravitatorio es el cuadrupolo. Para que una partícula fundamental tenga un momento cuadrupolar, debe tener un espín de al menos 1. (Por el contrario, para tener un momento dipolar, una partícula debe tener un espín de al menos 1/2). Una partícula de espín 1 como el deuterón (un estado ligado de un protón y un neutrón) tiene efectivamente un momento cuadrupolar eléctrico. El deuterón también debería tener un momento cuadrupolar magnético (que viola T) y un momento cuadrupolar gravitatorio, aunque ambos serían extremadamente pequeños.