Only Perception: 多年研究科學家：電子超圓！

2011-05-26

多年研究科學家：電子超圓！

Electron is surprisingly round, say scientists following 10 year study
http://www.physorg.com/news/2011-05-electron-surprisingly-scientists-year.html

May 25, 2011

(PhysOrg.com) -- 一篇刊載於今日 Nature 期刊的研究中，倫敦帝國學院（Imperial College London）的科學家，在小小電子的形狀研究中，獲得迄今最精確的測量結果，發現那幾乎是個完美的球形。

這項實驗（橫跨十年以上的時間）指出，電子與完美的圓相差（differ by）不到 0.000000000000000000000000001 cm。這意味著，如果電子被放大至太陽系般大小時，形狀與尺寸小於人類頭髮寬度時一樣，看起來像球形。

來自帝國學院冷物質（Cold Matter）中心的物理學家研究氟化鐿（ Ytterbium Fluoride）這種分子裡面的電子。利用非常精準的雷射，他們謹慎測得這些電子的運動。若電子並非完美的圓，會像個不平衡的陀螺，其運動將呈現出顯著的晃動，扭曲整個分子的形狀。研究者並沒有看到像這樣的搖晃跡象。

研究者計畫要更仔細測量電子的形狀。這項研究的結果對反物質的研究很重要。反物質（antimatter），這種難以捉摸的東西，表現與普通物質相同，但電荷相反。例如，帶負電電子的反物質版本是帶正電荷的反電子（也稱為正電子、正子）。了解電子的形狀有助於研究者理解正電子如何表現以及反物質與物質有何差異。

研究共同作者，來自物理系的 Dr Jony Hudson 表示，"我們真的很高興，我們能改善我們對於其中一種物質根本基石的知識。那是一種非常難以進行的測量，不過這項知識將能讓我們改善我們的基礎物理理論。當人們聽見我們的物理理論仍「未完成」時，常感到驚訝，但事實上，它們不斷透過像這樣更加精確的測量而獲得精鍊與改進。"

目前受到公認的物理學定律說，大霹靂（Big Bang）所創造出來的反物質與普通物質一樣多。然而，自 1928 年諾貝爾獎得主 Paul Dirac（迪拉克）首度預見反物質以來，在宇宙射線以及某些放射性物質這樣的來源中，其被發現的數量少之又少。

帝國學院的冷物質中心藉由尋找物質與反物質的行為中，尚未被觀測到的微小差異，試圖解釋反物質的缺乏。研究者發現，若電子不圓，將提供證據證明反物質與物質的行為，比物理學家先前所認為的差異更大。他們表示，這能解釋所有的反物質如何從宇宙中消失，只留下普通物質。

Edward Hinds 教授（研究共同作者以及冷物質中心主任）表示："整個世界幾乎全由正常的物質構成，反物質則微乎其微。即使朝可見宇宙邊緣望去的天文學家，也只看見物質，沒有大批藏匿的反物質。物理學家並不知道所有的反物質發生了什麼事，不過這項研究能幫助我們證實或排除某些可能的解釋。"

位於瑞士 CERN 的 LHC 也在研究微量的反物質，在那裡物理學家希望了解大霹靂之後的片刻發生了什麼事並證明某些目前未經證明的基礎物理理論，例如超對稱。知道電子是否為圓形或蛋形，考驗著同一批基礎理論以及其他連 LHC 都無法測試的粒子物理學理論。

為了幫助改善他們對於電子形狀的測量，冷物質中心的研究者現在正開發新方法，將他們的分子冷卻至極低溫，並控制分子的確切運動。這將讓他們能以前所未見的詳盡程度來研究嵌入電子的行為。他們表示，相同的技術也能用來控制化學反應，以及了解因過於複雜以致於無法以電腦進行模擬的系統行為。

※ 相關報導：

＊ Improved measurement of the shape of the electron
http://www.nature.com/nature/journal/v473/n7348/full/nature10104.html