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          迄今最精確測量證實電子“非常圓”

          發現新基本粒子的希望變渺茫
          2023年07月10日 09:16:53 來源:科技日報 作者:張佳欣

            科技日報訊(記者 張佳欣)美國國家標準與技術研究院、科羅拉多大學天體物理聯合實驗室(JILA)等機構的研究人員,在6日的《科學》雜志上報告稱,他們開展的一項精確度達到創紀錄水平的新測量,證實了電子中電荷的分布基本上是完美的圓球形。該結果意味著,要解開宇宙中物質為何多于反物質這一謎團需另辟蹊徑。

            在宇宙誕生的最初時刻,無數的質子、中子和電子與它們的反物質對應物一起形成。隨著宇宙的膨脹和冷卻,幾乎所有這些物質和反物質粒子都會相遇并相互湮滅,只留下光子。如果宇宙是完全對稱的,物質和反物質的數量相等,那么故事就結束了,而人類永遠不會存在。但一定有一種不平衡,即一些剩余的質子、中子和電子,形成了原子、分子、恒星、行星、星系,最終出現了人類。

            那么宇宙為什么會有這種不對稱性?為了幫助解釋這種現象,尋找不對稱的跡象,科學家一直在研究電子等基本粒子。

            尋找不對稱性證據的一個目標是電子的電偶極矩(eEDM)。電子是由負電荷組成的,eEDM表明了電荷在電子北極和南極之間分布的均勻程度。測量到任何高于零的eEDM都將證實存在不對稱性——電子更多地呈蛋形而不是圓形。但沒有人知道這種偏差到底有多小。

            此次,研究團隊創下了精確測量eEDM的紀錄,比之前的測量結果精確度提高了2.4倍。

            這有多精確?研究人員解釋說,如果電子的大小與地球一樣大,他們的測量會發現比原子半徑還要小的不對稱性。

            為了測量粒子的形狀,研究人員觀察了電子是否在電場中旋轉。如果電子不是圓形的,而是略呈蛋形的,電場就會對它們施加扭矩,就像重力把豎起的雞蛋弄倒一樣。

            為了觀察這種扭矩,他們觀察了帶電的氟化鎵分子能級的變化。電子的任何扭矩都會給分子帶來不同的能級,這取決于“蛋形電子”相對于電場的方向。然而,研究人員發現,分子的能級沒有差異,這證實了電子確實非常圓。

            理論物理學家認為,某些亞原子粒子的存在可能會使平衡向物質傾斜。如果這些粒子存在,它們也會在電子周圍短暫地出現和消失,從而使電子變成橢圓形。雖然目前的測量尚未發現存在不對稱性電子的證據,但該結果有助于科學家繼續尋找早期宇宙不對稱性的答案。

          [編輯: 王姝]
          (本文來源:科技日報)
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