第670章 电子是圆的吗？

电子如果是圆的，那为什么有半整数自旋？如果不是圆的，会是怎样的形状？

有科学家认为，宇宙存在，就是因为电子不够真正的圆。

宇宙大爆炸创造了等量的物质与反物质，它们之间的碰撞理应让宇宙消失，而阻止这一进程的，只能是某种不为人知的不对称性。

为了找出物质与反物质之间的不对称性，物理学家正将寻找对象对准了电子——如果电子不够圆，那么宇宙存在的悖论或许就将破解。

1967年，当安德烈·萨哈罗夫研究物质-反物质不对称时，发现一个看上去毫无关联的对称性——时间反演对称。当其被破坏时，才能保证宇宙各处物质都比反物质多。而打破这一对称性的，可能是一个意想不到的答案：电子的形状。

电子的形状，或许是解开物质-反物质谜团的关键

很多物理学家怀疑，电子并非完美的球形，而是因为电荷分布的不均匀而呈蛋形。而一旦电子的电荷分布不均匀，也就是存在电偶极距（electricdipolemoment，EDM），就可能对宇宙的起源问题产生极其深远的影响。

根据目前的试验结果，如果电子存在电偶极距，其扭曲的上限约为10-27mm。

不过，电子EDM的测量却绝非易事。为了测量电子可能存在的EDM，一个不难想到的手段是，将电子放进一个电场中。如果EDM存在，电子会出现进动（其自转轴在电场作用下旋转），这时科学家就能从电子的进动周期推测出EDM。但在实际操作中，测量EDM这么小的量需要的电场强度超出了实验室能产生的强度，而且强大的外加电场会让电子还没来得及测量就飞到正极去了。

因此，研究人员一般利用分子和中性原子的内部电场。为了得到足够强的信号，一般需要把足够数量的分子/中性原子对齐，调整到同一状态，然后再诱发外层电子（或价电子）的进动。为此，研究人员将待测分子/中性原子制成粒子束射入测量区域。粒子束不可能在测量区域待很久，这大大限制了测量的时间。尽管如此，在射出两千五百多万束氧化钍（ThO）分子后，哈佛大学和耶鲁大学的ACME组还是在2014年的Science期刊发表了重要的阶段性成果：虽然没有观测到EDM，但这也表明，电子EDM的上限是8.7*10-29e·cm，这是人类所能达到的极限。而要想继续探索EDM是否存在，则需要进一步提升试验灵敏度。

但后来，多伊尔团队参与的一个跨高校实验项目ACME（AdvancedColdMoleculeElectronEDM，先进冷分子电子电偶极矩研究）最近发现：电子圆得超乎想象！

电子圆到什么程度？即便把它放大到太阳系的尺寸，其各向半径之间的差别也不超过一根发丝——时隔两千多年，物理学家终于在物质的内部找到了古希腊哲学家亚里士多德认为只会存在于天界的完美形状。

电子的形状于是便有了重要的理论价值：如果其表面凹凸不平，那么对称理论将终于得到实验证明。

的确，这10年来，随着实验条件不断改善，ACME项目所能达到的细节水平已有助我们对标准模型和超对称理论的正确性做出评判。

巴黎高等师范学院卡斯特勒-布罗塞尔实验室主任保罗因代利卡托（PaulIndelicato）强调：“这是将现今实验技术发挥到极致所取得的突破，由一群能力超群、无比坚定的人做到了。”

2014年1月，科学家得到了这个令人难以置信的结果：电子的形状接近完美。对称破缺的概率不会超过十亿分之一的十亿分之一的十亿分之一。

“上帝决定，我们观察……”杰拉尔德加布里埃尔斯言简意赅。

法国萨克雷理论物理研究所的菲利波萨拉（FilippoSala）则更直接：“ACME项目组的结论实在算不上是好消息……”

因为它对超对称理论是一个沉重打击。

“当然，基于ACME的结果，我们尽可想象一些能够迎合超对称理论预言的物理机制。”菲利波萨拉解释说。

法国奥赛理论物理实验室的阿卜戴勒哈克朱阿迪（AbdelhakDjouadi）补充道：“超对称的粉丝们可以洗洗睡了，或是继续梦想！”——寄望欧洲粒子物理研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）能发现超对称粒子。

然而菲利波萨拉也指出“要论证这些调整并非易事”。确切地说，电子很可能会把理论物理学家们逼入绝境，抛出些效果不一的理论修正。

物理学家的南墙

目前，ACME项目组的研究人员仍继续寻找着电子的微小瑕疵。“五年内，实验精度可提高10倍。”耶鲁大学的戴夫德米耶（DaveDeMille）解释道。而且谁也拦不住它哪一天再提升10倍。

届时，标准模型的所有延伸理论将迎来终极大考，包括有关重粒子的预言——大型强子对撞机找到这些重粒子的可能性现已排除。

当然，这一切都只是个时间问题：要么有朝一日在电子表面找到微小的对称破缺，世上隐藏最深的秘密随即被揭开；要么电子始终保持其完美形状，令现有假设灰飞烟灭，将物理学家推回对物质模糊认知的起点。

然而在此之前，电子对我们来说就是完美的圆球……

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