我们的宇宙蕴藏着众多尚未破解的难题,而宇宙的存在本身,就足够令人费解。宇宙大爆炸创造了等量的物质与反物质,它们之间的碰撞理应让宇宙消失,而阻止这一进程的,只能是某种不为人知的不对称性。为了找出物质与反物质之间的不对称性,物理学家已经做了很多尝试。而现在,他们正将寻找对象对准了电子——如果电子不够圆,那么宇宙存在的悖论或许就将破解。
撰文| 顾金涛
编辑 | 吴非
在138亿年前的那场大爆炸之后,物质构成了宇宙中的每一个星系、每一颗行星,以及每一个生命。但在宇宙起源的背后,是一个至今未能破解的难题:按照目前的理论,大爆炸过程创造出等量的物质与反物质。当物质和与之对应的反物质相遇,例如电子与正电子碰撞,将发生湮灭——物质消失而只剩下能量。
按照这一理论,宇宙中的所有物质都应该消失,宇宙也随之毁灭。然而,当我们站在这里,就意味着整个过程中一定存在某种漏洞——事实上,在大爆炸发生后,大约十亿分之一的物质依然存活到了今天。
为了解开物质-反物质的悖论,物理学家认为,物质与反物质之间一定存在着某种不为人知的不对称性。此前,物理学家对物质与反物质的质量、电荷等性质进行了精确的测量,却始终没有找出任何不对称的迹象。
1967年,当安德烈·萨哈罗夫研究物质-反物质不对称时,发现一个看上去毫无关联的对称性——时间反演对称。当其被破坏时,才能保证宇宙各处物质都比反物质多。而打破这一对称性的,可能是一个意想不到的答案:电子的形状。
在很多人眼里,电子只是一个带负电荷的几何点;但是对于一些物理学家来说,它是一团有大小、有形状的云——不是原子周围的电子云,而是电子本身。这团云由电子中心周围不断出现消失的正反粒子对组成,从而赋予了电子的形状。
很多物理学家怀疑,电子并非完美的球形,而是因为电荷分布的不均匀而呈蛋形。而一旦电子的电荷分布不均匀,也就是存在电偶极距(electric dipole moment,EDM),就可能对宇宙的起源问题产生极其深远的影响。按照标准模型理论,无论时间向前还是向后,物理过程都不会发生变化。而电子EDM的存在,则将违背时间反演对称。
不过,电子EDM的测量却绝非易事。为了测量电子可能存在
撰文| 顾金涛
编辑 | 吴非
在138亿年前的那场大爆炸之后,物质构成了宇宙中的每一个星系、每一颗行星,以及每一个生命。但在宇宙起源的背后,是一个至今未能破解的难题:按照目前的理论,大爆炸过程创造出等量的物质与反物质。当物质和与之对应的反物质相遇,例如电子与正电子碰撞,将发生湮灭——物质消失而只剩下能量。
按照这一理论,宇宙中的所有物质都应该消失,宇宙也随之毁灭。然而,当我们站在这里,就意味着整个过程中一定存在某种漏洞——事实上,在大爆炸发生后,大约十亿分之一的物质依然存活到了今天。
为了解开物质-反物质的悖论,物理学家认为,物质与反物质之间一定存在着某种不为人知的不对称性。此前,物理学家对物质与反物质的质量、电荷等性质进行了精确的测量,却始终没有找出任何不对称的迹象。
1967年,当安德烈·萨哈罗夫研究物质-反物质不对称时,发现一个看上去毫无关联的对称性——时间反演对称。当其被破坏时,才能保证宇宙各处物质都比反物质多。而打破这一对称性的,可能是一个意想不到的答案:电子的形状。
在很多人眼里,电子只是一个带负电荷的几何点;但是对于一些物理学家来说,它是一团有大小、有形状的云——不是原子周围的电子云,而是电子本身。这团云由电子中心周围不断出现消失的正反粒子对组成,从而赋予了电子的形状。
很多物理学家怀疑,电子并非完美的球形,而是因为电荷分布的不均匀而呈蛋形。而一旦电子的电荷分布不均匀,也就是存在电偶极距(electric dipole moment,EDM),就可能对宇宙的起源问题产生极其深远的影响。按照标准模型理论,无论时间向前还是向后,物理过程都不会发生变化。而电子EDM的存在,则将违背时间反演对称。
不过,电子EDM的测量却绝非易事。为了测量电子可能存在