作者：来自自然杂志的 Edwin Cartlidge
这是精确的测量：电子是一个完美的球体，误差仅为百万亿分之一。
这个结果来自一系列旨在探测携带电荷的基本粒子形状的最新实验。“如果你想象把电子放大到太阳系的大小，那么它的球形度误差也只有一根头发的宽度，”伦敦帝国理工学院的物理学家爱德华·海因兹说，他领导的团队负责这项微小的测量。
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但这不仅仅是对精度的追求。许多物理学家都在努力查明电子是否像某些理论预测的那样略微被压扁。如果变形确实存在，那么在未来十年中，对最新测量技术进行进一步改进应该能够确定变形的确切数值。这一发现将表明时间在本质上是不对称的，并可能促使人们对粒子物理学的“标准模型”进行彻底的修改。
虽然传统上认为电子是无限小的电荷点，但它实际上会拖拽一团虚拟粒子云。这些转瞬即逝的粒子会不断地出现和消失，并对电子的质量和体积做出贡献。到目前为止，所有实验都表明这片云是完美的球形，但标准模型的扩展所预测的假设虚拟粒子会导致这片云沿着电子的自旋轴略微膨胀。这种膨胀会使电子的一侧比另一侧带更多的负电荷，从而形成类似于条形磁铁南北极的电偶极子。
物理学家认为，在一个主要由物质组成的宇宙中，我们应该看到这种电偶极子。尽管人们认为在大爆炸中产生了等量的物质和反物质，但在今天的宇宙中，我们几乎看不到反物质。这种不对称性不仅暗示了宇宙对物质的偏爱，而且还表明当时间倒流而不是正向流逝时，物理定律并不总是以相同的方式起作用。
请倒带
可以通过倒放一个旋转的，略微被压扁的电子的影片来找到这种不对称性的证据。尽管电偶极子的方向将保持不变，但电子周围的磁偶极子（取决于其自旋的方向）将翻转到相反的方向。
今天在《自然》杂志上发表的最新研究，研究了这种不对称性对暴露于强电场和磁场中的电子自旋的影响——但没有发现任何不对称性。实际上，研究人员表示，电子内任何偏离完美圆形的偏差都必须小于十亿分之一的十亿分之一的十亿分之一厘米。
先前的类似测量使用了穿过磁场和电场的原子束。但是海因兹和他的同事转而使用分子，这些分子对场更敏感。他们使用氟化镱的脉冲束，将之前由加利福尼亚大学伯克利分校的尤金·科明斯及其同事于2002年使用铊原子获得的最佳灵敏度提高了约1.5倍。
不断改进
海因兹认为，通过增加每个脉冲的分子数量并降低它们的速度，他的团队应该能够在“未来几年”内将测量的灵敏度提高十倍，并最终提高一百倍。这将足以检测出对标准模型的大多数修改所造成的扭曲效应，从而为新的、非常巨大的粒子的存在提供证据。相比之下，没有发现则会将理论家们打回原点。
他说：“如果我们下降100倍，而看不到任何东西，那么我们基本上会排除所有当前的理论。” “但是理论家们非常有创造力，他们可能会提出电偶极矩更小的模型。”
科明斯同意最新的工作为重大发现打开了大门。他说：“自从这种实验开始以来的半个世纪中，这是首次使用分子实现了对电偶极子的最佳上限。” “由于分子比原子提供更高的灵敏度，因此在不久的将来，该上限将大大提高。”
康涅狄格州纽黑文市的耶鲁大学的戴维·德米尔，他是2002年与科明斯合著论文的作者，并且正在使用一氧化钍进行自己的分子实验，对此表示同意。“从表面上看，最新工作的精度实际提高相当小，”他说。“但是，这篇论文代表了该领域许多人认为即将到来的，由于正在开发新的实验方法，可能会有更大改进的浪潮中的第一个。”
本文经《自然》杂志许可转载。该文章于2011年5月3日首次发表。