作者:刘霞 来源:科技日报 发布时间:2013-11-13 14:36:02
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电偶极矩测试确认电子为球形或可证伪超对称理论

图片来源:美国趣味科学网站

 
据美国趣味科学网站11月11日报道,科学家们一致认为,现有物理学理论存在缺陷,但他们探寻更深层理论的努力一次次以失败告终。美国科学家最近对电子内部电偶极矩的研究也没有任何新收获,但证伪了一些广受欢迎的物理学理念,包括超对称理论。
 
由美国耶鲁大学的戴维·德米勒、哈佛大学的杰拉尔德·加布里埃尔斯以及英国帝国理工学院的强尼·哈德森领导的研究团队,对电子形状(这一属性有助于科学家们发现潜伏着的“物理学新理论”)进行了最灵敏测试。传统观念认为,电子为球形,但如果它们有偶极矩,就会被轻微压扁,呈椭圆形。哈德森解释说:“偶极矩是物理学家们描述电子是否对称的技术手段。”
 
粒子物理学标准模型预测,电子的电偶极矩为零。然而,涵盖了一些还未被探测到的粒子的理论则预测,电子的电偶极矩大于零。50多年来,科学家们一直在搜寻这个大于零的电偶极矩。尽管最新研究的灵敏度为2011年类似实验的10多倍,但仍然没有在电子内部发现电偶极矩的信号,新研究表明,电子在10-29厘米内仍为球形。
 
这些实验探测的是电子的量子属性。量子力学原理指出,包括电子在内的所有粒子,都会引发一团粒子云在其周围持续不断地出现或消失,如果粒子物理学标准模型涵盖了一切粒子,那么,粒子云中的粒子将是普通粒子。但如果还有其他未被发现的奇异粒子存在,它们应该出现在电子周围的粒子云中,导致粒子云失去对称,也即导致电偶极矩。
 
为了找出这种不对称,科学家们让一氧化钍内的电子(其质量和特殊属性会使其晃动看起来更明显)旋转以便测试电子为球形还是椭圆形。球形的台球会平滑地旋转,但椭圆形的鸡蛋则会晃动。拥有电偶极矩的电子也是如此,但科学家们没有发现任何晃动迹象。
 
新结论给了很多新物理学理论(尤其是超对称理论)沉重的一击。超对称理论认为,宇宙中已知的粒子都有一个还未“现身”的与其超级对称的“双胞胎”。哈德森表示,如果这些“双胞胎”粒子真的存在,那么,它们就应该出现在电子周围的云内,使电子拥有能被测量到的电偶极矩。
 
不过,科学家们也表示,尽管这一理论的很多基本模型已被最新研究证伪,但更复杂的模型可能预测了小的电偶极矩或许潜伏在物理学家们仍然没有研究到的范围内。他们将继续进行类似的研究,希望找到目前还未被发现的信号;他们也希望2014年重启的LHC能再次带来惊喜。
 
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