上周，哈佛大學(xué)的一個(gè)物理研究團(tuán)隊(duì)公布了他們的研究，認(rèn)為他們所計(jì)算出的電子形狀是圓的。

圖|現(xiàn)有的技術(shù)還不足以探測(cè)到電子的電偶極矩

對(duì)稱性

我們一般都會(huì)把電子想成是一個(gè)帶電粒子，一個(gè)帶電的點(diǎn)，不具有任何內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但實(shí)際上，還有角動(dòng)量和磁性，而這兩個(gè)性質(zhì)則對(duì)電子的形狀做了限制。

磁鐵有磁極，而電子若有磁性，在理論上則需在磁場(chǎng)軸方向上擁有內(nèi)部電荷，但要證明這點(diǎn)很難，因?yàn)殡娮觾?nèi)部可存在的電荷分布量級(jí)實(shí)在是太小了，現(xiàn)有理論和技術(shù)都難以使電子的內(nèi)部電荷以非零電偶極矩（non-zero electric dipole moment）的形式被探測(cè)到。

而偶極矩（dipole moment）本質(zhì)上指的是電荷分布受力矩（torque，這里指一個(gè)能扭曲電荷分布的力）的影響程度。

帶電的足球

在宏觀層面上，一個(gè)電子就好比是一個(gè)被一根細(xì)棍懸在空中的帶電金屬足球，由于電荷同性相斥，在不受外界干擾的情況下，足球所帶電荷會(huì)均勻分布在表面。但如果我們用沙粒般大小的電荷持續(xù)射擊足球重心以外的部分，利用電荷同性相斥的原理使足球發(fā)生偏轉(zhuǎn)，足球本身的電荷分布也會(huì)此期間發(fā)生改變。

而尋找電偶極矩的研究基本上就是在尋找這種由電荷分布改變產(chǎn)生的測(cè)量差異。哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)研究了強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境中電子行為是否會(huì)發(fā)生改變，也就是通過(guò)尋找非球形電荷分布來(lái)找到電偶極矩存在的證據(jù)。

是圓還是球？

現(xiàn)有理論認(rèn)為電子如果是球形，其直徑約為10-38厘米，由強(qiáng)電場(chǎng)產(chǎn)生的扭矩所造成的影響更是微乎其微，超出了現(xiàn)有技術(shù)的觀測(cè)范圍，在本次哈佛大學(xué)的研究中被觀測(cè)電子為圓形也不為怪。同時(shí)，哈佛的團(tuán)隊(duì)在本次研究中也未能找到電偶極矩存在的證據(jù)。

那既然沒測(cè)出來(lái)，那新聞的意義在哪里呢？這是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言了電子上存在微小的電偶極矩，這也給我們留下了許多懸而未決的問題，比如“為什么基本常數(shù)就是它們的取值？”、“標(biāo)準(zhǔn)模型與重力理論是否相配？”和“如果暗物質(zhì)是一種粒子，我們可以將它整合到標(biāo)準(zhǔn)模型中嗎？”

物理學(xué)家們多年來(lái)一直希望電子的電偶極矩屬于我們可測(cè)范圍，進(jìn)而以此回答那些標(biāo)準(zhǔn)模型沒有給出答案的問題。

雖然標(biāo)準(zhǔn)模型和目前大部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符，但由于這種目前還尚無(wú)答案的問題，導(dǎo)致物理學(xué)家們對(duì)“標(biāo)準(zhǔn)模型是否能經(jīng)得住考驗(yàn)”還存在很多疑慮。

在許多對(duì)目前尚無(wú)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)科研領(lǐng)域嘗試完善標(biāo)準(zhǔn)模型的理論當(dāng)中，很多都認(rèn)為電子的電偶極矩應(yīng)處于現(xiàn)有技術(shù)可觀測(cè)的范圍，但哈佛的這項(xiàng)研究無(wú)疑是對(duì)這些猜測(cè)的終結(jié)。

曾有理論物理學(xué)家坦言：“有的理論在數(shù)學(xué)上是如此的自治，在任何方面都很漂亮，以至于它應(yīng)該不可能出錯(cuò)，而有的理論是如此‘丑陋’，以至于我想拿個(gè)鐵鍬把它夷為平地?！?/p>

但無(wú)論如何，雖然許多由標(biāo)準(zhǔn)模型延伸而成的候選理論被終結(jié)了，與標(biāo)準(zhǔn)模型有關(guān)的問題仍然存在。