迄今最精确测量证实电子“非常圆”

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美国国家标准与技术研究院、科罗拉多大学天体物理联合实验室（JILA）等机构的研究人员，在6日的《科学》杂志上报告称，他们开展的一项精确度达到创纪录水平的新测量，证实了电子中电荷的分布基本上是完美的圆球形。该结果意味着，要解开宇宙中物质为何多于反物质这一谜团需另辟蹊径。

在宇宙诞生的最初时刻，无数的质子、中子和电子与它们的反物质对应物一起形成。随着宇宙的膨胀和冷却，几乎所有这些物质和反物质粒子都会相遇并相互湮灭，只留下光子。如果宇宙是完全对称的，物质和反物质的数量相等，那么故事就结束了，而人类永远不会存在。但一定有一种不平衡，即一些剩余的质子、中子和电子，形成了原子、分子、恒星、行星、星系，最终出现了人类。

那么宇宙为什么会有这种不对称性？为了帮助解释这种现象，寻找不对称的迹象，科学家一直在研究电子等基本粒子。

寻找不对称性证据的一个目标是电子的电偶极矩（eEDM)。电子是由负电荷组成的，eEDM表明了电荷在电子北极和南极之间分布的均匀程度。测量到任何高于零的eEDM都将证实存在不对称性——电子更多地呈蛋形而不是圆形。但没有人知道这种偏差到底有多小。

此次，研究团队创下了精确测量eEDM的纪录，比之前的测量结果精确度提高了2.4倍。

这有多精确？研究人员解释说，如果电子的大小与地球一样大，他们的测量会发现比原子半径还要小的不对称性。

为了测量粒子的形状，研究人员观察了电子是否在电场中旋转。如果电子不是圆形的，而是略呈蛋形的，电场就会对它们施加扭矩，就像重力把竖起的鸡蛋弄倒一样。

为了观察这种扭矩，他们观察了带电的氟化镓分子能级的变化。电子的任何扭矩都会给分子带来不同的能级，这取决于“蛋形电子”相对于电场的方向。然而，研究人员发现，分子的能级没有差异，这证实了电子确实非常圆。

理论物理学家认为，某些亚原子粒子的存在可能会使平衡向物质倾斜。如果这些粒子存在，它们也会在电子周围短暂地出现和消失，从而使电子变成椭圆形。虽然目前的测量尚未发现存在不对称性电子的证据，但该结果有助于科学家继续寻找早期宇宙不对称性的答案。

（文章来源：科技日报）