物理學家期望找到電子的非對稱性，以便證實超對稱理論。然而，一個進行了10年之久的實驗卻得出殘酷的結論：電子圓得完美無缺。

哈佛大學的約翰·多伊爾（John Doyle）直言不諱：“實驗結果簡直令人難以置信。”

多伊爾團隊參與的一個跨高校實驗項目ACME（Advanced Cold Molecule Electron EDM，先進冷分子電子電偶極矩研究）最近發現：電子圓得超乎想象！

電子圓到什么程度？即便把她放大到太陽系的尺寸，其各向半徑之間的差別也不超過一根發絲——時隔兩千多年，物理學家終于在物質的內部找到了古希臘哲學家亞里士多德認為只會存在于天界的完美形狀。

這真是個意外的結局。實際上物理學家一直想找到電子的缺陷。他們本以為這種與中子和質子共同構成原子的帶負電的基本粒子表面略有凹凸。這倒不是因為古希臘哲學認為自然界不存在完美的圓球，而是物理學家的那些理論讓他們有這樣的想法。

理論影響重大

尤其是近40年來，他們寄希望于用超對稱理論來描述微觀世界。這個理論的基礎是假設存在一種尚未被發現的，能夠感應電子磁場振蕩方向的粒子；在電子磁場作用下，這群假想粒子會在電子四周作不均勻分布，導致電子負電分布發生變化，引發輕微的對稱破缺。

另一個原因是標準模型預言電子是一個完美的圓球。“我們知道標準模型并不完美。”參與ACME項目的另一名哈佛大學物理學家杰拉爾德·加布里埃爾斯（Gerald Gabrielse）介紹道，“然而這次的實驗設備，精度首次達到了與可能超越標準模型的理論預測相匹配的水平。”

電子的形狀于是便有了重要的理論價值：如果其表面凹凸不平，那么對稱理論將終于得到實驗證明。

的確，這10年來，隨著實驗條件不斷改善，ACME項目所能達到的細節水平已有助我們對標準模型和超對稱理論的正確性做出評判。

巴黎高等師范學院卡斯特勒-布羅塞爾實驗室主任保羅·因代利卡托（Paul Indelicato）強調：“這是將現今實驗技術發揮到極致所取得的突破，由一群能力超群、無比堅定的人做到了。”

2014年1月，科學家得到了這個令人難以置信的結果：電子的形狀接近完美。對稱破缺的概率不會超過十億分之一的十億分之一的十億分之一。

“上帝決定，我們觀察……”杰拉爾德·加布里埃爾斯言簡意賅。法國薩克雷理論物理研究所的菲利波·薩拉（Filippo Sala）則更直接：“ACME項目組的結論實在算不上是好消息……”

因為她對超對稱理論是一個沉重打擊。

“當然，基于ACME的結果，我們盡可想象一些能夠迎合超對稱理論預言的物理機制。”菲利波·薩拉解釋說。法國奧賽理論物理實驗室的阿卜戴勒哈克·朱阿迪（Abdelhak Djouadi）補充道：“超對稱的粉絲們可以洗洗睡了，或是繼續夢想！”——寄望歐洲粒子物理研究中心（CERN）的大型強子對撞機（LHC）能發現超對稱粒子。

然而菲利波·薩拉也指出“要論證這些調整并非易事”。確切地說，電子很可能會把理論物理學家們逼入絕境，拋出些效果不一的理論修正。

物理學家的南墻

目前，ACME項目組的研究人員仍繼續尋找著電子的微小瑕疵。“五年內，實驗精度可提高10倍。”耶魯大學的戴夫·德米耶（Dave DeMille）解釋道。而且誰也攔不住她哪一天再提升10倍。

屆時，標準模型的所有延伸理論將迎來終極大考，包括有關重粒子的預言——大型強子對撞機找到這些重粒子的可能性現已排除。

當然，這一切都只是個時間問題：要么有朝一日在電子表面找到微小的對稱破缺，世上隱藏最深的秘密隨即被揭開；要么電子始終保持其完美形狀，令現有假設灰飛煙滅，將物理學家推回對物質模糊認知的起點。

然而在此之前，電子對我們來說就是完美的圓球……

撰文 Mathieu Grousson

編譯 鄭丁葳