新實驗捕捉到迄今最詳細電子詳細結構：對稱圓形

　　2018年11月02日 09:00 新浪科技


　　

　　圖中是藝術家描繪實驗過程中電子在兩束激光之間穿行，電子圍繞軸旋轉，因為其它亞原子粒子云團不斷地噴射和重新吸收。

　　新浪科技訊 北京時間11月2日消息，據國外媒體報道，研究人員在最新一項研究報告中指出，最新實驗捕捉到迄今為止最詳細的電子圖像，利用激光能夠揭曉粒子周圍的粒子證據。通過激活粒子，科學家能夠解釋其它亞原子粒子是如何改變電子電荷分佈的。

　　他們的研究結果表明，電子是對稱圓形結構。暗示這種無形粒子並不大，無法將電子扭曲成壓扁的橢圓形。這些發現再次證實一個長期存在的物理學理論——「標準模型」，該模型可以描述宇宙中粒子和作用力的行為特徵。

　　與此同時，這項最新發現可能推翻填補標準模型無法解釋的空缺現象的替代物理理論，研究報告合著作者、美國耶魯大學物理系教授戴維·德米爾（David DeMille）稱，這可能讓一些非常不滿的物理學家重新回到設計階段，這肯定不會讓任何人感到高興。

　　良性測試理論

　　由於亞原子粒子還不能被直接觀察到，因此科學家只能通過間接證據了解它們。德米爾說：「通過觀察負電荷電子周圍真空發生的變化，研究人員可以建立粒子行為模型。」

　　標準模型描述了所有物質組成部分之間大部分的相互作用，以及作用在這些粒子上的力。幾十年以來，該理論成功地預測了物質行為特徵。

　　然而，對於標準模型解釋的成功性，也產生了一些令人煩惱的事情。例如：標準模型並未解釋暗物質，這是一種神秘、不可見物質，它會產生引力，卻不會釋放光線。根據歐洲核子研究中心的觀點，標準模型沒有考慮到重力，以及其它影響物質的基本作用力。

　　德米爾在研究中指出，替代物理理論為標準模型的不足提供了答案。標準模型預測環繞電子周圍的粒子將影響電子外形結構，但在這樣一個無限小的尺度中，使用現有技術幾乎無法探測。但是其他理論暗示到目前為止還有未發現的重粒子，例如：超對稱標準模型假設認為，標準模型中每個粒子都有反物質伴侶。這些假設的重量級粒子將扭曲電子達到研究人員可以觀測的等級。

　　照亮電子

　　為了驗證這些預測，最新實驗以2014年完成實驗高10倍解析度的設備觀察電子，2014年和當前的這兩項研究工作都是由「高級冷分子電子偶極矩搜索（ACME）」完成的。

　　研究人員搜尋了一種難以捉摸（並且未經證實）的現象，即電偶極矩（electric dipole moment），在這種現象中，電子的球形結構出現了變形——一側凹陷，另一側凸起。德米爾解釋稱，該現象的形成與重粒子影響電子電荷有關。

　　德米爾說：「這些粒子標準模型預測粒子大許多個數量級，因此這是一種非常清晰的方法判斷標準模型之外是否有新事物正在發生。」

　　對於這項最新研究，ACME研究人員導入一束冷氧化釷分子，速度為每脈衝100萬次，每秒50次，將其注入哈佛大學地下室一個相對狹小的房間。科學家們使用激光轟擊分子，研究分子反射的光線，光線發生彎曲則指向一個電偶極矩。

　　研究人員表示，但是反射光未出現任何扭曲，該結果對預測電子周圍重粒子的物理學理論蒙上了一層陰影。德米爾在一份聲明中稱，這些粒子可能仍然存在，但是它們將與現有理論描述的情況不太一致。德米爾說：「我們的研究結果向科學界證實一點，我們需要認真反思一些替代理論觀點。」

　　暗物質發現

　　德米爾表示，雖然這項實驗評估了電子周圍的粒子行為，但是它也為暗物質研究提供了重要啟示。像亞原子粒子一樣，暗物質也不能被直接觀察到，但是天體物理學家知道暗物質存在，因為他們觀察發現暗物質對恆星、行星和宇宙光線產生引力影響。

　　他說：「天體物理學家和我們一樣，都在努力尋找許多預測理論的核心，現已進行很長一段時間，並且理由非常充分，我們認為相關的信號應當出現。然而，它們是無法直接看到的，我們的肉眼什麼也看不到。」

　　目前，標準模型還沒有預測到暗物質和新的亞原子粒子，它們未被直接發現。儘管如此，越來越多令人信服的證據表明，這些現象確實存在。但在科學家找到之前，一些長期存在的關於它們外觀狀況的想法可能需要被廢棄。這項最新研究報告發表在10月17日出版的《自然》雜誌上。（葉傾城）