电子非常接近完美球体

电子非常接近完美球体

这个小电子已经接受了迄今为止最彻底的物理检查,科学家报告说它几乎是一个完美的球体。伦敦帝国理工学院的研究人员已经确定,这个电子距离完美的圆形只有 0.000000000000000000000000000001 厘米的误差。换句话说,如果将电子放大到太阳系的大小,它与完美圆形的偏差将与人类头发的量级相当。

小数点后有 26 个零,以防你不想眯着眼睛数出来。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,科学家仍然不知道一切存在的原因。

这种令人印象深刻的精度是十多年来使用氟化镱分子进行实验的结果。这项研究今天发表在《自然》杂志上。帝国理工学院冷物质中心的科学家使用一种特殊的激光观察了分子电子的运动。如果电子不是完美的圆形,它们的摆动就会扭曲分子的整体形状。

“如果电子不是圆形的,那么当它处于电场中时,它就会像陀螺一样旋转,”伦敦帝国理工学院的物理学家乔尼·哈德森在一封电子邮件中说道。“我们没有看到这种旋转运动的证据。”

哈德森解释说,科学家想知道电子​​是否是圆的,因为它可以告诉我们有关量子电动力学的公认理论。

如果电子是椭圆形而非圆形,这将表明普通电子和其反物质分身正电子之间存在关键差异。这或许有助于解释为什么宇宙中物质多于反物质,因此存在某种东西而非虚无。

据现代物理学所知,宇宙在大爆炸后立即由等量的物质和反物质组成,而这两个对立面立即开始相互湮灭。一切都应该被抵消,但恒星、行星和人类存在,所以发生了一些事情,打破了反物质和物质之间的对称性,让物质渗透到宇宙中。

“为了解释物质-反物质的不平衡,粒子和反粒子之间可能需要存在一些我们尚未观察到的差异。非圆形电子将是这种差异的明显证据,”哈德森说。

但它是圆形的,所以看起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试图更详细地弄清楚这一点。

尽管如此,它还是有助于了解构成我们生命的最小构件的尺寸和外观。例如,去年,德国加兴马克斯·普朗克量子光学研究所的兰道夫·波尔领导的科学家确定质子比大家想象的要小 4%。对基本粒子的更好定义有助于完善和支持量子电动力学的最佳理论。

那么,为什么电子会发生如此轻微的扭曲呢?这与电子与其他短暂物质云之间的相互作用有关。

“量子场论告诉我们,我们所谓的空空间并非真的空无一物。相反,它充满了物理学家所谓的‘虚拟粒子’。这些是物质和反物质的粒子,它们瞬息万变地出现和消失,”哈德森解释道。“任何‘真实’物质,比如电子,都会拖着一团虚拟粒子。”

哈德森和他的同事们实际上测量了电子和那团小云的形状。电子和虚拟粒子之间的相互作用导致了这种无限小的扭曲。

如果最微小的物体都不是完美的圆形,那么还有什么东西真的是完美的球体吗?哈德森说我们永远无法知道——我们只能不断改进测量方法,说它不会比某某更扭曲。完美的圆度对于科学实验来说非常重要,比如重力探测器 B。该探测器使用四个由石英硅球制成的陀螺仪,这些陀螺仪因其完美无瑕而被载入吉尼斯世界纪录——但它们仍然不够完美,以至于科学家们不得不花几年时间计算,以确保他们最近宣布的扭曲时空测量结果是正确的。

哈德森说,除了对我们理解现实的基本属性具有重要意义之外,电子测量实验还可以帮助制造更好的原子钟。

他说:“我们的工作很大程度上借鉴了该领域,反过来说,我们的许多发展对钟表制造商也很有用。”它还可以帮助模拟过于复杂而无法用当前计算机研究的系统。

哈德森、论文合著者爱德华·海因兹和冷物质中心的其他人并不满足于精确到十亿分之一厘米的测量结果,他们正在开发新的方法,以进一步提高测量精度。他们正在研究将分子冷却到极低温度并控制其精确运动的新方法,这将是一项重大成就。例如,这种技术可用于控制化学反应。

哈德森说:“我们开发的这些技术非常通用,并可在许多领域得到应用。”

<<:  新模型发现格利泽 581d 是第一颗可能适宜居住的系外行星

>>:  简化我们的设计并确保其他驾驶员能够在路上看到我们

推荐阅读

东京食尸鬼:Re 第二季评论:故事深度和角色吸引力

东京食尸鬼:Re 第二季 - 最终章的深渊■ 公共媒体电视动画系列■ 原创媒体漫画■ 播出时间201...

本周我们了解到的最奇怪的事情:致命的失眠症、最漂亮的便便和紧急养蜂人

本周你学到的最奇怪的事情是什么?好吧,不管是什么,我们保证如果你听 PopSci 的最新播客,你会得...

DARPA 想要发明一种像直升机一样悬停但像飞机一样飞行的飞机

世界上最实用的飞机应该像直升机一样起飞、盘旋和降落,但飞行速度却和飞机一样快。为实现这一目标,人们进...

如何重置你的 Instagram 算法,让它不那么糟糕

当你打开 Instagram 时,你看到的内容只有一部分来自你在平台上关注的人。你还得听从应用程序的...

全面回顾Sanrio世界名作剧场的Hello Kitty和Badtz-Maru编织的白雪公主与大狼的故事!

三丽鸥世界杰作剧场Hello Kitty的白雪公主/Bad Badtz-Maru的狼来了!审查概述三...

8 个关于未来的荒谬预言,几乎都成真了

1925 年,英国教授 AM Low 撰写了一份关于未来世纪生活的精彩预测。正如《大众科学》两年后...

最佳无线扬声器套装限时优惠 500 美元

如果您想沉浸在播放列表中,而不是电线中,您需要一对有源连接扬声器。如果您想要最好的有源连接扬声器,您...

鲁邦三世:与恶魔岛的联系 - 终极冒险与秘诀回顾

《鲁邦三世:与恶魔岛的关联》——鲁邦三世的魅力与新冒险■作品概要《鲁邦三世:与恶魔岛的关联》是200...

寻找虚拟私人教练的技巧和应用程序

我认为自己有点像健身狂。随便举个例子,我可能都试过。在新冠疫情期间健身房关闭后,我转而在家锻炼。后来...

这项高级 10TB 终身备份计划可实现终极数据安全并节省 900 多美元

Degoo Premium:终身 10TB 备份计划可帮助确保各种设备上的照片、视频和文件安全加密,...

Neo Angelique Abyss Second Age 评论:续集的吸引力和更深层次的故事

新安琪莉可深渊第二纪元 - 被命运引导的少女的故事《新安琪莉可 Abyss Second Age》是...

Bonnier 公司隐私政策

Bonnier 公司隐私政策本政策最后更新于 2018 年 5 月 16 日。在 Bonnier C...

回顾《史诗大师动画时代》:史诗叙事与动画的融合

《史诗大师动画时代》:新类型动漫综艺的魅力与深度2007 年播出的《Master of Epic T...

这位 9 岁的孩子为无家可归者建造小房子

当海莉·福特决定为当地一位名叫爱德华的无家可归者建造一个庇护所时,她的父母说她必须先画一张蓝图。于是...

2019 年提升生活的 12 种方法

本文由金霸王 (Duracell) 赞助。就承诺而言,新年决心遭到了批评。12 月 31 日,大多数...