[请教，科普] 2023年美国天体物理实验室联合研究所 JILA 团队的实验，发现电子“非常圆”

天体物理实验室联合研究所：Joint Institute for Laboratory Astrophysics, JILA

美国国家标准与技术研究院、科罗拉多大学博尔德分校联合实验室：joint institute of the University of Colorado Boulder and the National Institute of Standards and Technology

图1  Fig. 1. Experiment outline.

https://www.science.org/cms/10.1126/science.adg4084/asset/e2574e72-fbea-4d1a-bb8b-8690433797c1/assets/images/large/science.adg4084-f1.jpg

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg4084

一、复习：如果电子的大小与地球一样大，新测量发现其不对称度小于原子半径

https://www.sciencenews.org/article/electron-round-new-measurement-matter-physics

   At their most basic level, electrons are pointlike particles, without a definite size and shape. But in quantum field theory, electrons can be thought of as surrounded by temporary “virtual” particles that pop in and out of existence, giving each electron a spherical halo of electric charge. If that halo were found to be just slightly egg-shaped, that could point to how the universe became lopsided toward matter.

   The Big Bang should have created matter and antimatter in equal parts — the two are mirror images of one another, with opposite electric charges. But matter in our universe is common while antimatter is scarce. Theoretical physicists have suggested that the existence of certain subatomic particles could have tipped the balance toward matter (SN: 9/22/22). If those particles exist, they would also transiently appear and disappear around the electron, in such a way as to make it oblong.

   Such particles would be so massive, and would therefore require so much energy to produce, that they would not be discoverable even at the world’s biggest particle accelerator, the Large Hadron Collider near Geneva. That makes sensitive studies of the electron’s roundness an important test for particle physicists. And such experiments are poised to improve further, testing for particles of even larger masses, says physicist David DeMille of the University of Chicago, one of the scientists behind the previous best measurement of the electron’s roundness.

   【机器翻译】在最基本的水平上，电子是点状粒子，没有明确的大小和形状。但在量子场论中，电子可以被认为是被暂时的“虚拟”粒子包围着，这些粒子会突然出现和消失，给每个电子一个球形的电荷晕。如果发现这个晕只是轻微的蛋形，这可能表明宇宙是如何向物质倾斜的。

   大爆炸本应产生等量的物质和反物质——两者是彼此的镜像，带有相反的电荷。但我们宇宙中的物质很常见，而反物质却很稀少。理论物理学家认为，某些亚原子粒子的存在可能使平衡向物质倾斜（SN:9/22/22）。如果这些粒子存在，它们也会在电子周围短暂地出现和消失，使其呈长方形。

   这些粒子将是如此巨大，因此需要如此多的能量来产生，以至于即使在日内瓦附近的世界上最大的粒子加速器——大型强子对撞机上也无法发现它们。这使得对电子圆度的敏感研究成为粒子物理学家的一项重要测试。芝加哥大学的物理学家David DeMille表示，此类实验有望进一步改进，测试质量更大的粒子，他是之前最佳电子圆度测量方法的科学家之一。

二、请教：电子“非常圆”是什么意思？

   印象里：

   “电子无结构，可视为携带点电荷的点粒子。离子阱囚禁单电子的实验表明电子半径的上限值约为10^-22米。”

   （1）电子的大小是什么意思？

   （2）2023年美国天体物理实验室联合研究所（JILA）测量的到底是什么？

   （3）电子的大小或体积，与“电子不是球形而是稍微偏向一侧”之间是什么关系？

感谢您的指教！

 参考资料：

[1] 科普中国，2023-11-14，迄今最精确测量证实电子“非常圆”

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=0&ar_id=455295

[2] 中国科学院，2023-07-10，迄今最精确测量证实电子“非常圆” 发现新基本粒子的希望变渺茫

https://www.cas.cn/kj/202307/t20230710_4928144.shtml

[3] 中国科学院量子信息与量子科技创新研究院，2023-07-11，实现迄今最高精度的电子电偶极矩测量

https://quantumcas.ac.cn/2023/0711/c24874a608349/page.htm

[4] Tanya S. Roussy, Luke Caldwell, Trevor Wright, William B. Cairncross, Yuval Shagam, Kia Boon Ng, Noah Schlossberger, Sun Yool Park, Anzhou Wang, Jun Ye, Eric A. Cornell. An improved bound on the electron’s electric dipole moment [J]. Science, 2023, 381(6653): 46-50

doi:  10.1126/science.adg4084

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg4084

[5] ScienceNews, 2023-07-06, Electrons are extremely round, a new measurement confirms

https://www.sciencenews.org/article/electron-round-new-measurement-matter-physics

[6] 2022-01-20，电子/electron/陈向军，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=138102&Type=bkzyb&SubID=96958

[7] 中国科学院，科学智慧火花，杨正瓴，2024-09-29 00:10，用直接碰撞等来测量电子半径与结构的建议

https://idea.cas.cn/zhhh/sxwlhxytw/wlx/info/2024/551083.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1465322.html

以前的《科学网》相关博文链接：

[1] 2024-09-25 22:41，[打听] 测量电子半径的物理实验方法都有哪些？实验结果有没有别的解释？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1452674.html

[2] 2024-08-30 22:41，[物理，实验，打听] 李政道老师“测量μ子到正负电子衰变的分支比”的原始数据和图片

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1448940.html

[3] 2022-12-12 15:24，[笔记] 电子对撞实验构想：是否可以直接探索电子内部结构？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1367614.html

[4] 2021-10-04 14:31，[请教] “0到1”：密立根油滴实验时，知道电子电荷的估计值吗？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1306722.html

[5] 2015-03-10 09:56，假如电子是流体，其直径是什么？怎么测量？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-873357.html

[6] 2011-04-26 14:36，[请教] 电子、质子、中子的内部结构

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-437507.html

感谢您的指教！

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