物理學(xué)家期望找到電子的非對(duì)稱(chēng)性，以便證實(shí)超對(duì)稱(chēng)理論。然而，一個(gè)進(jìn)行了10年之久的實(shí)驗(yàn)卻得出殘酷的結(jié)論：電子圓得完美無(wú)缺。
哈佛大學(xué)的約翰·多伊爾（John Doyle）直言不諱：“實(shí)驗(yàn)結(jié)果簡(jiǎn)直令人難以置信。”
多伊爾團(tuán)隊(duì)參與的一個(gè)跨高校實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目ACME（Advanced Cold Molecule Electron EDM，先進(jìn)冷分子電子電偶極矩研究）最近發(fā)現(xiàn)：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(yáng)系的尺寸，其各向半徑之間的差別也不超過(guò)一根發(fā)絲——時(shí)隔兩千多年，物理學(xué)家終于在物質(zhì)的內(nèi)部找到了古希臘哲學(xué)家亞里士多德認(rèn)為只會(huì)存在于天界的完美形狀。
這真是個(gè)意外的結(jié)局。實(shí)際上物理學(xué)家一直想找到電子的缺陷。他們本以為這種與中子和質(zhì)子共同構(gòu)成原子的帶負(fù)電的基本粒子表面略有凹凸。這倒不是因?yàn)楣畔ＥD哲學(xué)認(rèn)為自然界不存在完美的圓球，而是物理學(xué)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(lái)，他們寄希望于用超對(duì)稱(chēng)理論來(lái)描述微觀世界。這個(gè)理論的基礎(chǔ)是假設(shè)存在一種尚未被發(fā)現(xiàn)的，能夠感應(yīng)電子磁場(chǎng)振蕩方向的粒子；在電子磁場(chǎng)作用下，這群假想粒子會(huì)在電子四周作不均勻分布，導(dǎo)致電子負(fù)電分布發(fā)生變化，引發(fā)輕微的對(duì)稱(chēng)破缺。
另一個(gè)原因是標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言電子是一個(gè)完美的圓球。“我們知道標(biāo)準(zhǔn)模型并不完美。”參與ACME項(xiàng)目的另一名哈佛大學(xué)物理學(xué)家杰拉爾德·加布里埃爾斯（Gerald Gabrielse）介紹道，“然而這次的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，精度首次達(dá)到了與可能超越標(biāo)準(zhǔn)模型的理論預(yù)測(cè)相匹配的水平。”
電子的形狀于是便有了重要的理論價(jià)值：如果其表面凹凸不平，那么對(duì)稱(chēng)理論將終于得到實(shí)驗(yàn)證明。
的確，這10年來(lái)，隨著實(shí)驗(yàn)條件不斷改善，ACME項(xiàng)目所能達(dá)到的細(xì)節(jié)水平已有助我們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型和超對(duì)稱(chēng)理論的正確性做出評(píng)判。
巴黎高等師范學(xué)院卡斯特勒-布羅塞爾實(shí)驗(yàn)室主任保羅·因代利卡托（Paul Indelicato）強(qiáng)調(diào)：“這是將現(xiàn)今實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)揮到極致所取得的突破，由一群能力超群、無(wú)比堅(jiān)定的人做到了。”
2014年1月，科學(xué)家得到了這個(gè)令人難以置信的結(jié)果：電子的形狀接近完美。對(duì)稱(chēng)破缺的概率不會(huì)超過(guò)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(jiǎn)意賅。法國(guó)薩克雷理論物理研究所的菲利波·薩拉（Filippo Sala）則更直接：“ACME項(xiàng)目組的結(jié)論實(shí)在算不上是好消息……”
因?yàn)樗龑?duì)超對(duì)稱(chēng)理論是一個(gè)沉重打擊。
“當(dāng)然，基于ACME的結(jié)果，我們盡可想象一些能夠迎合超對(duì)稱(chēng)理論預(yù)言的物理機(jī)制。”菲利波·薩拉解釋說(shuō)。法國(guó)奧賽理論物理實(shí)驗(yàn)室的阿卜戴勒哈克·朱阿迪（Abdelhak Djouadi）補(bǔ)充道：“超對(duì)稱(chēng)的粉絲們可以洗洗睡了，或是繼續(xù)夢(mèng)想！”——寄望歐洲粒子物理研究中心（CERN）的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）能發(fā)現(xiàn)超對(duì)稱(chēng)粒子。
然而菲利波·薩拉也指出“要論證這些調(diào)整并非易事”。確切地說(shuō)，電子很可能會(huì)把理論物理學(xué)家們逼入絕境，拋出些效果不一的理論修正。
物理學(xué)家的南墻
目前，ACME項(xiàng)目組的研究人員仍繼續(xù)尋找著電子的微小瑕疵。“五年內(nèi)，實(shí)驗(yàn)精度可提高10倍。”耶魯大學(xué)的戴夫·德米耶（Dave DeMille）解釋道。而且誰(shuí)也攔不住她哪一天再提升10倍。
屆時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)模型的所有延伸理論將迎來(lái)終極大考，包括有關(guān)重粒子的預(yù)言——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)找到這些重粒子的可能性現(xiàn)已排除。
當(dāng)然，這一切都只是個(gè)時(shí)間問(wèn)題：要么有朝一日在電子表面找到微小的對(duì)稱(chēng)破缺，世上隱藏最深的秘密隨即被揭開(kāi)；要么電子始終保持其完美形狀，令現(xiàn)有假設(shè)灰飛煙滅，將物理學(xué)家推回對(duì)物質(zhì)模糊認(rèn)知的起點(diǎn)。
然而在此之前，電子對(duì)我們來(lái)說(shuō)就是完美的圓球……
撰文 Mathieu Grousson
編譯 鄭丁葳
