哈佛大學公布了他們的研究，認為他們所計算出的電子形狀是圓的

上周，哈佛大學的一個物理研究團隊公布了他們的研究，認為他們所計算出的電子形狀是圓的。

圖|現(xiàn)有的技術還不足以探測到電子的電偶極矩

對稱性

我們一般都會把電子想成是一個帶電粒子，一個帶電的點，不具有任何內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但實際上，還有角動量和磁性，而這兩個性質(zhì)則對電子的形狀做了限制。

磁鐵有磁極，而電子若有磁性，在理論上則需在磁場軸方向上擁有內(nèi)部電荷，但要證明這點很難，因為電子內(nèi)部可存在的電荷分布量級實在是太小了，現(xiàn)有理論和技術都難以使電子的內(nèi)部電荷以非零電偶極矩（non-zero electric dipole moment）的形式被探測到。

而偶極矩（dipole moment）本質(zhì)上指的是電荷分布受力矩（torque，這里指一個能扭曲電荷分布的力）的影響程度。

帶電的足球

在宏觀層面上，一個電子就好比是一個被一根細棍懸在空中的帶電金屬足球，由于電荷同性相斥，在不受外界干擾的情況下，足球所帶電荷會均勻分布在表面。但如果我們用沙粒般大小的電荷持續(xù)射擊足球重心以外的部分，利用電荷同性相斥的原理使足球發(fā)生偏轉(zhuǎn)，足球本身的電荷分布也會此期間發(fā)生改變。

而尋找電偶極矩的研究基本上就是在尋找這種由電荷分布改變產(chǎn)生的測量差異。哈佛大學團隊在實驗中重點研究了強電場環(huán)境中電子行為是否會發(fā)生改變，也就是通過尋找非球形電荷分布來找到電偶極矩存在的證據(jù)。

是圓還是球？

現(xiàn)有理論認為電子如果是球形，其直徑約為10-38厘米，由強電場產(chǎn)生的扭矩所造成的影響更是微乎其微，超出了現(xiàn)有技術的觀測范圍，在本次哈佛大學的研究中被觀測電子為圓形也不為怪。同時，哈佛的團隊在本次研究中也未能找到電偶極矩存在的證據(jù)。

那既然沒測出來，那新聞的意義在哪里呢？這是因為標準模型預言了電子上存在微小的電偶極矩，這也給我們留下了許多懸而未決的問題，比如“為什么基本常數(shù)就是它們的取值？”、“標準模型與重力理論是否相配？”和“如果暗物質(zhì)是一種粒子，我們可以將它整合到標準模型中嗎？”

物理學家們多年來一直希望電子的電偶極矩屬于我們可測范圍，進而以此回答那些標準模型沒有給出答案的問題。

雖然標準模型和目前大部分實驗數(shù)據(jù)相符，但由于這種目前還尚無答案的問題，導致物理學家們對“標準模型是否能經(jīng)得住考驗”還存在很多疑慮。

在許多對目前尚無實驗數(shù)據(jù)科研領域嘗試完善標準模型的理論當中，很多都認為電子的電偶極矩應處于現(xiàn)有技術可觀測的范圍，但哈佛的這項研究無疑是對這些猜測的終結(jié)。

曾有理論物理學家坦言：“有的理論在數(shù)學上是如此的自治，在任何方面都很漂亮，以至于它應該不可能出錯，而有的理論是如此‘丑陋’，以至于我想拿個鐵鍬把它夷為平地?！?/p>

但無論如何，雖然許多由標準模型延伸而成的候選理論被終結(jié)了，與標準模型有關的問題仍然存在。