微小的电子接受了迄今为止最彻底的物理检查，科学家们报告说，它几乎，几乎 是完美的球体。伦敦帝国理工学院的研究人员确定，电子距离完美的圆形仅偏离 0.000000000000000000000000001 厘米。换句话说，如果电子被放大到太阳系的大小，它与完美的球形相比的偏差将相当于一根人类的头发。
小数点后面有 26 个零，如果你不想眯着眼睛数的话。好消息是，这表明我们最好的量子电动力学理论并非完全错误。坏消息是，科学家们仍然不知道一切为何存在。
这项令人印象深刻的精确度是通过跨越十多年的实验获得的，实验使用了氟化镱分子。该研究今天发表在《自然》杂志上。伦敦帝国理工学院冷物质中心的科学家使用特殊激光观察了分子电子的运动。如果电子不是完美的圆形，它们的摆动将扭曲分子的整体形状。
“如果电子不是圆的，那么当它处于电场中时，它就会像一个旋转的陀螺一样，执行一种旋转运动，”伦敦帝国理工学院的物理学家 Jony Hudson 在一封电子邮件中说。“我们没有看到这种旋转运动的任何证据。”
正如 Hudson 所解释的，科学家们想知道电子为什么是圆的，因为它告诉我们关于可接受的量子电动力学理论的信息。
如果电子是椭圆形的而不是圆形的，这将表明普通电子与它们的反物质对应物——正电子——之间存在关键差异。这可能有助于解释为什么宇宙中物质比反物质多，因此 存在某物而非虚无。
据现代物理学所知，宇宙在宇宙大爆炸后由等量的物质和反物质组成，这两种对立物立即开始相互湮灭。一切都应该被抵消，但恒星、行星和人类都存在，所以一定发生了什么来打破反物质和物质之间的对称性，从而使物质渗透到宇宙中。
“为了解释物质-反物质的不平衡，粒子和反粒子之间可能存在我们尚未观察到的某些差异。一个不圆的电子将是这种差异的明确证据，”Hudson 说。
但它是圆的，所以看来这种物理差异并不是罪魁祸首。即将关闭的 Tevatron 和大型强子对撞机的实验将寻求更详细地弄清这一点。
尽管如此，了解我们存在的最基本组成部分的尺寸和外观还是有帮助的。例如，去年，由德国加尔兴马克斯·普朗克量子光学研究所的 Randolf Pohl 领导的科学家们确定，质子比大家认为的 小了 4%。对基本粒子更好的定义有助于完善和加强最好的量子电动力学理论。
那么，为什么电子会发生如此微小的扭曲呢？这与电子与其他短暂物质云之间的相互作用有关。
“量子场论教给我们的其中一件事是，我们所说的真空空间并非真正空无一物。相反，它的图景是，它充满了物理学家称之为‘虚粒子’的东西。这些是物质和反物质粒子，它们短暂地出现又消失，”Hudson 解释说。“任何‘真实’的物质，比如电子，都会拖着一团这些虚粒子。”
Hudson 和他的同事们实际上测量了电子加上那个小云的形状。电子与虚粒子之间的相互作用导致了这种微乎其微的失真。
如果最微小的东西不是完美的圆形，那么有什么东西能真正成为完美的球体吗？Hudson 说我们永远无法知道——我们只能不断改进测量，以确定它不会比某个值更失真。完美的圆形实际上对科学实验很重要，例如重力探测器 B。该探测器使用了四个由石英硅球体组成的陀螺仪，它们因其完美无瑕而在《吉尼斯世界纪录》中名列前茅——但它们仍然不够完美，以至于科学家们不得不花费几年时间进行计算，以确保他们最近宣布的 时空扭曲测量 是正确的。
除了其对我们理解现实基本性质的重要性之外，电子测量实验还有助于制造更好的原子钟，Hudson 说。
“我们的工作大量借鉴了该领域，反之亦然，我们的许多发展对时钟制造商很有用，”他说。它还可以帮助模拟用现有计算机无法研究的复杂系统。
Hudson、合著者 Edward Hinds 和冷物质中心的其他人并不满足于高达十分之一的厘米精度，他们正在开发新方法，将进一步提高他们的测量精度。他们正在研究冷却分子到极低温度并精确控制其运动的新方法，这将是一项重大成就。例如，这样的技术可以用于控制化学反应。
“我们开发的技术相当通用，并且在许多领域都有应用，”Hudson 说。
