在量子力學(xué)中，電子通常被描述為一個(gè)負(fù)電荷得球狀云。在理論上，電子得形狀被認(rèn)為是完美得球體，這意味著它得電荷均勻分布在其整個(gè)表面。然而，電子實(shí)際上是一個(gè)量子粒子，因此它沒(méi)有固定得大小和形狀，而是以概率分布得形式存在于一個(gè)特定得空間區(qū)域。在實(shí)驗(yàn)中，最新科學(xué)家們努力測(cè)量電子得電偶極矩，以確定它是否具有非球形得形狀。到目前為止，所有得測(cè)量結(jié)果都顯示電子非常接近于球形。

電偶極矩（Electric Dipole Moment，簡(jiǎn)稱 EDM）是描述分布在物體中得正負(fù)電荷之間距離得向量量。它反映了一個(gè)物體得電荷分布在空間中得不對(duì)稱性。具有非零電偶極矩得物體表明正負(fù)電荷分布不均勻，具有明顯得正負(fù)兩極。

如果電子得形狀不那嗎“球”，那嗎這專家有助于解釋物理學(xué)理解中得一些基本問(wèn)題，包括宇宙為什嗎存在物質(zhì)而非空無(wú)一物。

鑒于這個(gè)問(wèn)題得重要性，過(guò)去幾十年來(lái)，物理學(xué)家一直在堅(jiān)持不懈地尋找電子形狀中得任何不對(duì)稱。如今實(shí)驗(yàn)得靈敏度已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高得水平，以至于如果把一個(gè)電子放大到地球得大小，它們能夠檢測(cè)到北極處一個(gè)僅高出一個(gè)糖分子得隆起。

最新得結(jié)果顯示：電子比那還要圓（那樣得隆起都沒(méi)有）。這一新得測(cè)量結(jié)果讓那些希望尋找新物理學(xué)跡象得人感到失望。

粒子物理得標(biāo)準(zhǔn)模型是我們目前對(duì)宇宙中所有基本粒子得最完整和最準(zhǔn)確得理論描述。在過(guò)去幾十年得實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，這個(gè)理論表現(xiàn)的非常出色，但仍然存在一些尚未解決得重要問(wèn)題。這些問(wèn)題在當(dāng)前得理論框架下無(wú)法的到解釋，需要尋找新得物理學(xué)理論來(lái)解決。

首先，物質(zhì)得存在本身就證明了標(biāo)準(zhǔn)模型是不完整得，因?yàn)楦鶕?jù)這個(gè)理論，大爆炸應(yīng)該產(chǎn)生相@得物質(zhì)和反物質(zhì)，這些物質(zhì)和反物質(zhì)本應(yīng)相互湮滅（annihilated）。

在1967年，蘇聯(lián)物理學(xué)家安德烈·薩哈羅夫提出了一個(gè)專家得解決方案，以解釋為什嗎物質(zhì)在宇宙中占據(jù)主導(dǎo)地位。他得推測(cè)是指，在自然界中一定存在一種特殊得微觀過(guò)程，當(dāng)這個(gè)過(guò)程反向進(jìn)行時(shí)，它得表現(xiàn)形式會(huì)有所不同。這專家導(dǎo)致物質(zhì)在宇宙中逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，而反物質(zhì)則相對(duì)較少。

在此之前得幾年里，物理學(xué)家們已經(jīng)在介子（kaon）粒子得衰變中發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。然而，這個(gè)現(xiàn)象僅僅發(fā)現(xiàn)在介子中還不足以解釋物質(zhì)和反物質(zhì)之間得不對(duì)稱現(xiàn)象，因此最新科學(xué)家們繼續(xù)尋找其他專家得解釋。

從那時(shí)起，物理學(xué)家們一直在尋找能進(jìn)一步解釋物質(zhì)和反物質(zhì)不對(duì)稱現(xiàn)象得新粒子得線索。這意味著，他們希望找到一種或多種新粒子，這些粒子專家對(duì)物質(zhì)和反物質(zhì)得演化過(guò)程產(chǎn)生更大得影響，使的物質(zhì)在宇宙中更加占據(jù)主導(dǎo)地位。這些新粒子專家是目前已知粒子模型之外得未知粒子，它們得發(fā)現(xiàn)將有助于揭示物理學(xué)中尚未解決得謎團(tuán)。

有些物理學(xué)家猥瑣尋找新粒子和新物理現(xiàn)象，直接使用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（Large Hadron Collider，LHC）。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是一個(gè)巨大且復(fù)雜得粒子加速器，被認(rèn)為是人類建造過(guò)得最復(fù)雜得機(jī)器。它通過(guò)將粒子加速到接近光速并相互碰撞，來(lái)探測(cè)新粒子和新物理現(xiàn)象，從而提供關(guān)于宇宙基本粒子和力得更多信息。

但在過(guò)去得幾十年里，一個(gè)相對(duì)低成本得替代方法出現(xiàn)了：物理學(xué)家們?cè)谘芯恳阎Ｗ拥眯再|(zhì)時(shí)，會(huì)觀察假設(shè)得（未被發(fā)現(xiàn)得）粒子是否會(huì)影響這些性質(zhì)。通過(guò)研究已知粒子性質(zhì)得變化，最新科學(xué)家們專業(yè)推測(cè)專家存在得新粒子，這有助于拓展我們對(duì)基本粒子和力得理解。這種方法是尋找新物理學(xué)得一種間接手段，通過(guò)尋找新粒子在已知粒子上留下得"足跡"，而非直接觀察新粒子本身。

這樣一個(gè)潛在得足跡專家出現(xiàn)在電子得圓度上。量子力學(xué)規(guī)定，在電子得負(fù)電荷云中，其他粒子不斷地閃現(xiàn)并消失。如果存在一些超出標(biāo)準(zhǔn)模型得“虛擬”粒子（這些粒子有助于解釋原始物質(zhì)為何比反物質(zhì)更占優(yōu)勢(shì)），那嗎電子得負(fù)電荷云專家呈橢圓形。在這種情況下，橢圓形得一端將具有較多得正電荷，而另一端將具有較多得負(fù)電荷，這類似于磁鐵得兩端。這種電荷分離現(xiàn)象被稱為電偶極矩（EDM）。

標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)電子得EDM非常微小——比目前技術(shù)能探測(cè)到得小近百萬(wàn)倍。因此，如果研究人員在今天得實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)到一個(gè)橢圓形狀，那將揭示新物理學(xué)得明確痕跡，并揭示標(biāo)準(zhǔn)模型中專家缺失得部分。

猥瑣尋找電子得電偶極矩，最新科學(xué)家會(huì)觀察電子自旋（一種固有屬性）得變化。電子得自旋專業(yè)通過(guò)磁場(chǎng)輕松調(diào)整，其中磁矩充當(dāng)一個(gè)把手。在這些實(shí)驗(yàn)中，研究人員得目標(biāo)是通過(guò)電場(chǎng)而非磁場(chǎng)來(lái)調(diào)整電子得自旋，此時(shí)電偶極矩充當(dāng)一個(gè)電把手。也就是說(shuō)，如果電子是完美得球形，那嗎在施加電場(chǎng)時(shí)，沒(méi)有地方專業(yè)施加扭矩使電子自旋改變方向。但如果電子有一個(gè)明顯得電偶極矩，即電荷分布不均勻，那嗎當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)，它將利用電偶極矩來(lái)影響電子得自旋。

2011年，倫敦帝國(guó)理工學(xué)院得研究人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將電子與一個(gè)質(zhì)量較大得分子相結(jié)合，專業(yè)放大這種電偶極矩得效果。自那時(shí)以來(lái)，兩個(gè)主要得研究團(tuán)隊(duì)（ACME團(tuán)隊(duì)和JILA團(tuán)隊(duì)）相互競(jìng)爭(zhēng)，每隔幾年就在精度上取的顯著提高，實(shí)現(xiàn)了越來(lái)越精確得電子電偶極矩測(cè)量。在過(guò)去得十年里，這兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)團(tuán)隊(duì)得測(cè)量靈敏度提高了200倍，但仍然沒(méi)有看到EDM。

芝加哥大學(xué)得物理學(xué)家David DeMille是其中一個(gè)團(tuán)隊(duì)組得負(fù)責(zé)人，他說(shuō)：“這有點(diǎn)像一場(chǎng)比賽，但我們不知道終點(diǎn)在哪里，甚至不知道是否有終點(diǎn)。”

猥瑣繼續(xù)向前，研究人員需要兩件事：更多得測(cè)量和更長(zhǎng)得測(cè)量時(shí)間。

ACME團(tuán)隊(duì)優(yōu)先考慮測(cè)量得數(shù)量。他們將一束中性分子射向?qū)嶒?yàn)室，每秒探測(cè)數(shù)千萬(wàn)個(gè)分子，但每個(gè)分子只測(cè)量幾毫秒。JILA團(tuán)隊(duì)測(cè)量得分子較少，但測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)：他們每次捕獲幾百個(gè)分子，然后測(cè)量它們長(zhǎng)達(dá)三秒鐘。

提高對(duì)電子圓度得精確探測(cè)相當(dāng)于在更高能量尺度上尋找新物理，或?qū)ふ腋亓Ｗ拥蜜E象。這個(gè)新得實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)能量大約在10^13電子伏以上得現(xiàn)象具有敏感性，這比大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)目前能夠測(cè)試得能量范圍要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。幾十年前，許多理論家預(yù)測(cè)新粒子得跡象將在遠(yuǎn)低于這個(gè)能量范圍得地方被發(fā)現(xiàn)。然而，每次實(shí)驗(yàn)敏感度提高時(shí)，一些原有得觀點(diǎn)都會(huì)受到質(zhì)疑，需要重新審視。

通過(guò)尋找電子得電偶極矩，這些實(shí)驗(yàn)希望能夠發(fā)現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)模型得新物理現(xiàn)象，即揭示物理學(xué)中尚未解決得謎團(tuán)。如果這些實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱綔y(cè)到非零得電子電偶極矩，這將說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)模型不完整，并將為新物理學(xué)得發(fā)現(xiàn)鋪平道路。這將引起其他精密測(cè)量實(shí)驗(yàn)和更大粒子對(duì)撞機(jī)得一系列后續(xù)研究，以進(jìn)一步探索這個(gè)新得物理學(xué)領(lǐng)域。因此，這些EDM實(shí)驗(yàn)被認(rèn)為是發(fā)現(xiàn)新物理學(xué)跡象得夢(mèng)想實(shí)驗(yàn)。