根据粒子物理标准模型的预测,电子是非常接近球形的椭圆形状,这种变形轻微到不可测量,因而可忽略不计;而在超对称性理论的框架内,每个粒子都有一个比自己重的“同胞兄弟”,这就要求电子的形状必须为椭圆形。
英国帝国理工学院研究人员测量了氟化镱分子中的电子。由于电子极其微小,实际测量的是电子在特定电磁场中表现出的性质,然后根据这种性质倒推电子形状。结果显示,即便在10的27次方分之一厘米的精度上,电子仍然是完美的球形。研究人员之所以希望极为精确地测量电子形状,是因为这对解释物理学中一些基本问题具有重大意义。根据现在粒子物理中占主导地位的标准模型,电子并不应该是完美球形,这样才能解释有关物质和反物质的一些问题。然而,本次精确测量却发现电子是完美球形,这对现有物理理论提出了挑战。
物理学家进行了10年的实验,发现电子圆完美无缺,就算把它放大到太阳系那么大,其各向直径基本没有差异。但是,这个实验结果让科学家大为失望,因为他们实际上想找到电子的非对称性,以此来证明超对称理论的存在。
物理学家认为,电子的表面应该是略有凹凸的,因为这是超对称性理论的基础。该理论假设存在一种能够感应电子磁场振荡方向的粒子。这种粒子尚未被发现,在电子磁场的作用之下,这些假象粒子会在电子周围呈现出不均匀分布,导致电子负电的分布不均匀,从而引发轻微的对称性残缺。
另一个让物理学家对电子形状感兴趣的原因是,标准模型认为电子应该是一个完美的圆球。但我们知道标准模型本身并不完美,如果我们能测得电子表面的缺陷,或许我们能得到一个超越标准模型的理论。
于是,电子的形状便有了极高的科研价值,如果最终证明它表面凹凸不平,那么超对称理论将得到实验证明,标准模型也能迎来改进。
一直以来,电子的形状都被认为是非常接近于球形的椭圆形,这样才能解释有关物质和反物质的一些问题,而此次研究极其精确地测量了电子的形状其实是几近完美的球形。从外观上看,椭圆形和球形相差无几,但在物理学研究中却有着天壤之别。一旦这一结论被进一步证实,现有的许多理论或将推倒重来,这无异于物理学研究领域一场天翻地覆的大地震。但是也没必要过于紧张,这或许也打开了人类了解宇宙的一个新窗口。
将来可以在本次测量结果基础上再把精度提高100倍,如果电子仍然呈现出完美球形,现有的许多理论也许要推倒重来。