在宇宙的初始阶段，数以亿计的质子、中子和电子与其反物质伴侣共同形成。随着宇宙的扩展和冷却，几乎所有的物质和反物质粒子相遇并相互湮灭，最终只留下光子或闪光。
如果宇宙是完全对称的，物质和反物质的数量相等，那么这个故事就到此为止——我们将永远无法存在。然而，必然存在某种不平衡——一些剩余的质子、中子和电子——它们构成了原子、分子、恒星、行星、星系，最终演化出人类。
“如果宇宙是完全对称的，那么除了光就什么都不剩了。这是历史上一个极其重要的时刻。突然间，宇宙中出现了物质，问题是，为什么会这样？”NIST/JILA的研究员埃里克·康奈尔说。“为什么我们会有这种不对称？”
解释我们宇宙的数学理论和方程需要对称性。粒子理论家已经改进了这些理论以解释不对称的存在。但康奈尔指出，缺乏证据，这些理论仅仅是数学，因此包括他在JILA的团队在内的实验物理学家一直在寻找电子等基本粒子的不对称迹象。
现在，JILA小组对电子进行了创纪录的测量，缩小了对这种不对称来源的搜索范围。该研究结果已发表在《科学》杂志上。
寻找不对称证据的一个方向是电子的电偶极矩(eEDM)。电子带有负电荷，eEDM表示电荷在电子的南北两极之间分布的均匀程度。任何大于零的eEDM测量都将证实不对称；电子更像蛋形而非圆形。但目前尚不清楚这种偏差究竟有多小。
“我们需要修正我们的数学，使其更接近现实，”康奈尔大学JILA研究小组的研究生坦尼娅·鲁西说。“我们正在寻找一些地方E的不对称性，以便理解它的来源。电子是基本粒子，它们的对称性向我们揭示了宇宙的对称性。”
康奈尔、鲁西及其在NIST和JILA的团队最近创造了eEDM精确测量的记录，测量精度比之前提高了2.4倍。
这有多精确？鲁西解释说，如果一个电子的大小与地球相当，他们的研究发现，任何不对称的存在都将小于一个原子的半径。
她补充道，进行精确测量非常困难，因此研究小组需要更加聪明。研究人员观察了氟化铪分子。如果他们在分子上施加一个强电场，非圆形的电子会倾向于与电场对齐，并在分子内部移动。如果它们是圆形的，那么电子就不会移动。
利用紫外激光，他们从分子中剥离电子，制造出一组带正电的离子，并将它们捕获。在陷阱周围交替电磁场，分子被迫与场对齐或不对齐。然后研究人员用激光测量两组的能量水平。如果它们之间的能级不同，那就表明电子是不对称的。
他们的实验允许他们比以往的尝试有更长的测量时间，这提高了他们的灵敏度。然而，该小组的测量结果表明，电子不会移动能级，这表明，就目前的测量而言，电子是圆形的。
康奈尔指出，不能保证任何人都能找到非零的eEDM测量值，但这种桌面实验的精确度是一项成就。这表明昂贵的粒子加速器并不是探索宇宙基本问题的唯一途径，还有许多其他方法可以尝试。尽管该小组没有发现不对称性，但其结果将有助于该领域继续寻找早期宇宙不对称性的答案。
“在我们的测量中，我们发现电子是对称的。如果我们能找到非零的结果，那将是一个重大突破，”鲁西补充道。“最好的办法是让世界各地的科学家团队研究不同的选择。只要我们都坚持追求真理，最终总会有人找到它。”
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希望本篇文章《探寻物质存在的奥秘：电子的形状或许揭示线索》能对你有所帮助！
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