科學家們對微小的電子進行了迄今為止最徹底的物理分析，結果顯示它幾乎是一個完美的球體。倫敦帝國學院的研究人員確定，電子與完美球體的偏差僅為0.000000000000000000000000001公分。換句話說，如果將電子放大到太陽系的大小，它與完美球體的偏差也只相當於一根頭髮絲的直徑。
小數點後面有26個零，如果你懶得瞇著眼睛數的話。好消息是，這表明我們目前最好的量子電動力學理論並非完全錯誤。壞消息是，科學家們仍然不知道萬物存在的原因。
這項令人驚嘆的精準度源自於十多年來對氟化鐿分子進行的一系列實驗。這項研究成果於今日發表在《自然》雜誌。帝國學院冷物質中心的科學家使用了一種特殊的雷射器，並觀察了分子中電子的運動。如果電子並非完美的球形，它們的擺動就會扭曲分子的整體形狀。
「如果電子不是球形的，那麼當它置於電場中時，就會像陀螺一樣做旋轉運動，」倫敦帝國學院的物理學家喬尼·哈德森在電子郵件中寫道。 “我們沒有觀察到這種旋轉運動的證據。”
哈德森解釋說，科學家想知道電子是否是圓形的，因為這可以告訴我們一些關於量子電動力學的公認理論。
如果電子是橢圓形的而不是圓形的，那就表示我們日常生活中常見的電子與其反物質對應物－正電子之間存在著關鍵差異。這或許可以解釋為什麼宇宙中物質遠多於反物質，因而存在著某種東西而非虛無。
根據現代物理學的解釋，宇宙在大爆炸後最初由等量的物質和反物質組成，這兩種對立的物質立即開始相互湮滅。一切本應被抵消，但恆星、行星和人類仍然存在，這表明某種因素打破了物質和反物質之間的對稱性，使得物質得以遍布宇宙。
「為了解釋物質與反物質的不平衡，粒子和反粒子之間可能存在一些我們尚未觀測到的差異。非球形電子將是這種差異的明確證據，」哈德森說。
但它是圓形的，所以看來這種物理差異並非罪魁禍首。即將關閉的特瓦特隆加速器和大型強子對撞機的實驗將試圖更詳細地弄清楚這一點。
不過，了解構成我們存在的最小單元的大小和形態仍然大有裨益。例如，去年，由德國加興馬克斯·普朗克量子光學研究所的蘭多夫·波爾領導的科學家團隊確定，質子比人們之前認為的要小4%。對基本粒子更精確的定義有助於完善和加強量子電動力學的最佳理論。
那麼，為什麼電子會發生如此輕微的彎曲呢？這與電子和其它瞬態物質雲之間的相互作用有關。
「量子場論告訴我們，我們所謂的空無一物的空間實際上並非空無一物。相反，它充滿了物理學家所說的『虛粒子』。這些粒子是物質和反物質的粒子，它們會瞬間出現又消失，」哈德森解釋說。 “任何‘真實’的物質，例如電子，都會拖著一團這樣的虛粒子。”
哈德森和他的同事實際上測量了電子及其周圍那小團粒子的形狀。電子與虛粒子之間的相互作用導致了這種極其微小的形變。
如果連最小的物體都不是完美的球體，那麼真的存在完美的球體嗎？哈德森說我們永遠無法得知答案──我們只能不斷改進測量方法，最終得出這樣的結論：它的變形程度與其他物體並無二致。然而，完美的球形對於科學實驗至關重要，例如重力探測器B。該探測器使用了四個由石英矽球製成的陀螺儀，這些陀螺儀因其完美無瑕而被載入吉尼斯世界紀錄——但它們仍然存在一些細微的瑕疵，以至於科學家們不得不花費數年時間進行計算，以確保他們最近公佈的時空扭曲測量結果的準確性。
哈德森說，除了對我們理解現實的基本屬性具有重要意義之外，電子測量實驗還可以幫助製造更好的原子鐘。
他說：「我們的工作深受該領域的影響，反之亦然，我們的許多研究成果對鐘錶製造商也很有用。」 這項技術還有助於模擬那些過於複雜而無法用現有電腦進行研究的系統。
哈德森、合著者愛德華·欣茲以及冷物質中心的其他研究人員並不滿足於達到一百萬億分之一厘米的精度，他們正在開發新的方法，以進一步提高測量精度。他們正在研究將分子冷卻到極低溫並精確控制其運動的新方法，這將是一項重大成就。例如，這項技術可用於控制化學反應。
「我們開發的這些技術具有很強的通用性，並在許多領域得到應用，」哈德森說。
