电偶极矩测试确认电子为球形或可证伪超对称理论

照片来源:美国有趣的科学网站

根据美国有趣科学网站11月11日的一份报告，科学家们一致认为现有的物理理论有缺陷，但是他们探索更深层次理论的努力一次又一次地失败了。美国科学家最近在研究电子内部的电偶极矩方面没有取得任何新的成果，但是他们已经证伪了一些流行的物理概念，包括超对称理论。

由耶鲁大学的大卫·德普尔、哈佛大学的杰拉尔德·加布里埃尔和英国帝国理工学院的约翰尼·哈德森领导的研究小组对电子形状进行了最敏感的测试(这一属性有助于科学家发现潜在的“新物理理论”)。传统的观点是电子是球形的，但是如果它们有偶极矩，它们会稍微变平并呈椭圆形。哈德森解释道，“偶极矩是物理学家用来描述电子是否对称的一种技术方法。”

粒子物理的标准模型预测电子的电偶极矩为零。然而，涵盖一些未被发现的粒子的理论预测电子的电偶极矩大于零。50多年来，科学家们一直在寻找大于零的电偶极矩。尽管最新研究的灵敏度比2011年的类似实验高10倍以上，但电子中仍然没有电偶极矩信号。新的研究表明，电子在10-29厘米内仍然是球形的。

这些实验探索电子的量子特性。量子力学的原理指出，包括电子在内的所有粒子都会导致粒子云在周围不断出现或消失。如果粒子物理的标准模型涵盖了所有粒子，那么粒子云中的粒子将是普通粒子。然而，如果还有其他未被发现的奇怪粒子，它们应该出现在电子周围的粒子云中，导致粒子云失去对称性，从而导致电偶极矩。

为了找出这种不对称性，科学家们旋转了一氧化钍中的电子(其质量和特殊性质使得晃动看起来更加明显)，以测试电子是球形还是椭圆形。球形台球可以平稳旋转，但椭圆形的鸡蛋会晃动。对于具有电偶极矩的电子来说也是如此，但是科学家们没有发现震动的迹象。

这个新结论对许多新的物理理论(尤其是超对称理论)是一个沉重的打击。超对称理论认为，宇宙中所有已知的粒子都有一个尚未“出现”的“孪晶”，而且是超对称的。哈德森说，如果这些“孪生”粒子真的存在，那么它们应该出现在电子周围的云中，这样电子就有了可以测量的电偶极矩。

然而，科学家们也表示，尽管这一理论的许多基本模型已经被最新的研究所证伪，但更复杂的模型可能会预测小的电偶极矩，这些电偶极矩可能潜伏在物理学家尚未研究的领域。他们将继续进行类似的研究，希望找到尚未发现的信号。他们还希望2014年重启的LHC会带来另一个惊喜。

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