电子非常接近完美球体

这个小电子已经接受了迄今为止最彻底的物理检查，科学家报告说它几乎是一个完美的球体。伦敦帝国理工学院的研究人员已经确定，这个电子距离完美的圆形只有 0.000000000000000000000000000001 厘米的误差。换句话说，如果将电子放大到太阳系的大小，它与完美圆形的偏差将与人类头发的量级相当。

小数点后有 26 个零，以防你不想眯着眼睛数出来。好消息是，这表明我们最好的量子电动力学理论并非完全错误。坏消息是，科学家仍然不知道一切存在的原因。

这种令人印象深刻的精度是十多年来使用氟化镱分子进行实验的结果。这项研究今天发表在《自然》杂志上。帝国理工学院冷物质中心的科学家使用一种特殊的激光观察了分子电子的运动。如果电子不是完美的圆形，它们的摆动就会扭曲分子的整体形状。

“如果电子不是圆形的，那么当它处于电场中时，它就会像陀螺一样旋转，”伦敦帝国理工学院的物理学家乔尼·哈德森在一封电子邮件中说道。“我们没有看到这种旋转运动的证据。”

哈德森解释说，科学家想知道电子​​是否是圆的，因为它可以告诉我们有关量子电动力学的公认理论。

如果电子是椭圆形而非圆形，这将表明普通电子和其反物质分身正电子之间存在关键差异。这或许有助于解释为什么宇宙中物质多于反物质，因此存在某种东西而非虚无。

据现代物理学所知，宇宙在大爆炸后立即由等量的物质和反物质组成，而这两个对立面立即开始相互湮灭。一切都应该被抵消，但恒星、行星和人类存在，所以发生了一些事情，打破了反物质和物质之间的对称性，让物质渗透到宇宙中。

“为了解释物质-反物质的不平衡，粒子和反粒子之间可能需要存在一些我们尚未观察到的差异。非圆形电子将是这种差异的明显证据，”哈德森说。

但它是圆形的，所以看起来这种物理差异并不是罪魁祸首。即将关闭的 Tevatron 和大型强子对撞机的实验将试图更详细地弄清楚这一点。

尽管如此，它还是有助于了解构成我们生命的最小构件的尺寸和外观。例如，去年，德国加兴马克斯·普朗克量子光学研究所的兰道夫·波尔领导的科学家确定质子比大家想象的要小 4%。对基本粒子的更好定义有助于完善和支持量子电动力学的最佳理论。

那么，为什么电子会发生如此轻微的扭曲呢？这与电子与其他短暂物质云之间的相互作用有关。

“量子场论告诉我们，我们所谓的空空间并非真的空无一物。相反，它充满了物理学家所谓的‘虚拟粒子’。这些是物质和反物质的粒子，它们瞬息万变地出现和消失，”哈德森解释道。“任何‘真实’物质，比如电子，都会拖着一团虚拟粒子。”

哈德森和他的同事们实际上测量了电子和那团小云的形状。电子和虚拟粒子之间的相互作用导致了这种无限小的扭曲。

如果最微小的物体都不是完美的圆形，那么还有什么东西真的是完美的球体吗？哈德森说我们永远无法知道——我们只能不断改进测量方法，说它不会比某某更扭曲。完美的圆度对于科学实验来说非常重要，比如重力探测器 B。该探测器使用四个由石英硅球制成的陀螺仪，这些陀螺仪因其完美无瑕而被载入吉尼斯世界纪录——但它们仍然不够完美，以至于科学家们不得不花几年时间计算，以确保他们最近宣布的扭曲时空测量结果是正确的。

哈德森说，除了对我们理解现实的基本属性具有重要意义之外，电子测量实验还可以帮助制造更好的原子钟。

他说：“我们的工作很大程度上借鉴了该领域，反过来说，我们的许多发展对钟表制造商也很有用。”它还可以帮助模拟过于复杂而无法用当前计算机研究的系统。

哈德森、论文合著者爱德华·海因兹和冷物质中心的其他人并不满足于精确到十亿分之一厘米的测量结果，他们正在开发新的方法，以进一步提高测量精度。他们正在研究将分子冷却到极低温度并控制其精确运动的新方法，这将是一项重大成就。例如，这种技术可用于控制化学反应。

哈德森说：“我们开发的这些技术非常通用，并可在许多领域得到应用。”