第670章 電子是圓的嗎？

電子如果是圓的，那為什麼有半整數自旋？如果不是圓的，會是怎樣的形狀？

有科學家認為，宇宙存在，就是因為電子不夠真正的圓。

宇宙大爆炸創造了等量的物質與反物質，它們之間的碰撞理應讓宇宙消失，而阻止這一進程的，只能是某種不為人知的不對稱性。

為了找出物質與反物質之間的不對稱性，物理學家正將尋找對象對準了電子——如果電子不夠圓，那麼宇宙存在的悖論或許就將破解。

1967年，當安德烈·薩哈羅夫研究物質-反物質不對稱時，發現一個看上去毫無關聯的對稱性——時間反演對稱。當其被破壞時，才能保證宇宙各處物質都比反物質多。而打破這一對稱性的，可能是一個意想不到的答案：電子的形狀。

電子的形狀，或許是解開物質-反物質謎團的關鍵

很多物理學家懷疑，電子並非完美的球形，而是因為電荷分佈的不均勻而呈蛋形。而一旦電子的電荷分佈不均勻，也就是存在電偶極距（electricdipolemoment，EDM），就可能對宇宙的起源問題產生極其深遠的影響。

根據目前的試驗結果，如果電子存在電偶極距，其扭曲的上限約為10-27mm。

不過，電子EDM的測量卻絕非易事。為了測量電子可能存在的EDM，一個不難想到的手段是，將電子放進一個電場中。如果EDM存在，電子會出現進動（其自轉軸在電場作用下旋轉），這時科學家就能從電子的進動周期推測出EDM。但在實際操作中，測量EDM這麼小的量需要的電場強度超出了實驗室能產生的強度，而且強大的外加電場會讓電子還沒來得及測量就飛到正極去了。

因此，研究人員一般利用分子和中性原子的內部電場。為了得到足夠強的信號，一般需要把足夠數量的分子/中性原子對齊，調整到同一狀態，然後再誘發外層電子（或價電子）的進動。為此，研究人員將待測分子/中性原子製成粒子束射入測量區域。粒子束不可能在測量區域待很久，這大大限制了測量的時間。儘管如此，在射出兩千五百多萬束氧化釷（ThO）分子后，哈佛大學和耶魯大學的ACME組還是在2014年的Science期刊發表了重要的階段性成果：雖然沒有觀測到EDM，但這也表明，電子EDM的上限是8.7*10-29e·cm，這是人類所能達到的極限。而要想繼續探索EDM是否存在，則需要進一步提升試驗靈敏度。

但後來，多伊爾團隊參與的一個跨高校實驗項目ACME（AdvancedColdMoleculeElectronEDM，先進冷分子電子電偶極矩研究）最近發現：電子圓得超乎想像！

電子圓到什麼程度？即便把它放大到太陽系的尺寸，其各向半徑之間的差別也不超過一根髮絲——時隔兩千多年，物理學家終於在物質的內部找到了古希臘哲學家亞里士多德認為只會存在於天界的完美形狀。

電子的形狀於是便有了重要的理論價值：如果其表面凹凸不平，那麼對稱理論將終於得到實驗證明。

的確，這10年來，隨着實驗條件不斷改善，ACME項目所能達到的細節水平已有助我們對標準模型和超對稱理論的正確性做出評判。

巴黎高等師範學院卡斯特勒-布羅塞爾實驗室主任保羅因代利卡托（PaulIndelicato）強調：“這是將現今實驗技術發揮到極致所取得的突破，由一群能力超群、無比堅定的人做到了。”

2014年1月，科學家得到了這個令人難以置信的結果：電子的形狀接近完美。對稱破缺的概率不會超過十億分之一的十億分之一的十億分之一。

“上帝決定，我們觀察……”傑拉爾德加布里埃爾斯言簡意賅。

法國薩克雷理論物理研究所的菲利波薩拉（FilippoSala）則更直接：“ACME項目組的結論實在算不上是好消息……”

因為它對超對稱理論是一個沉重打擊。

“當然，基於ACME的結果，我們盡可想像一些能夠迎合超對稱理論預言的物理機制。”菲利波薩拉解釋說。

法國奧賽理論物理實驗室的阿卜戴勒哈克朱阿迪（AbdelhakDjouadi）補充道：“超對稱的粉絲們可以洗洗睡了，或是繼續夢想！”——寄望歐洲粒子物理研究中心（CERN）的大型強子對撞機（LHC）能發現超對稱粒子。

然而菲利波薩拉也指出“要論證這些調整並非易事”。確切地說，電子很可能會把理論物理學家們逼入絕境，拋出些效果不一的理論修正。

物理學家的南牆

目前，ACME項目組的研究人員仍繼續尋找着電子的微小瑕疵。“五年內，實驗精度可提高10倍。”耶魯大學的戴夫德米耶（DaveDeMille）解釋道。而且誰也攔不住它哪一天再提升10倍。

屆時，標準模型的所有延伸理論將迎來終極大考，包括有關重粒子的預言——大型強子對撞機找到這些重粒子的可能性現已排除。

當然，這一切都只是個時間問題：要麼有朝一日在電子錶面找到微小的對稱破缺，世上隱藏最深的秘密隨即被揭開；要麼電子始終保持其完美形狀，令現有假設灰飛煙滅，將物理學家推回對物質模糊認知的起點。

然而在此之前，電子對我們來說就是完美的圓球……

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