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摘要：原子核周围的电子决定了化学反应的进行。然而，最近，一个叫做先进冷分子电子放电加工的物理实验将一个电子置于科学研究的中心阶段。ACME合作试图解决的问题看似简单：电子的形状是什么？电子的这一性质——它的电荷——在量子世界中生存。它告诉我们一个电子如何对磁场作出反应。在宏观世界中，这个哑铃会有一个非零的电偶极矩。是一个描述EDM和ACME合作发现背后的物理学的简短动画。
电子的形状是什么？如果你回忆起高中科学课本上的图片，答案似乎很清楚：电子是一个比原子还小的负电荷小球。然而，这与事实相去甚远。
电子通常被认为是构成我们周围世界的原子的主要成分之一。原子核周围的电子决定了化学反应的进行。它们在工业上的应用非常广泛：从电子和焊接到成像和先进的粒子加速器。然而，最近，一个叫做先进冷分子电子放电加工（ACME）的物理实验将一个电子置于科学研究的中心阶段。ACME合作试图解决的问题看似简单：电子的形状是什么？”经典和量子形状据物理学家目前所知，电子没有内部结构，因此在这个词的经典意义上没有形状。在粒子物理学的现代语言中，处理比原子核小的物体的行为，物质的基本块是连续的流体状物质，被称为“量子场”，它渗透到我们周围的整个空间。在这种语言中，电子被视为“电子场”的量子或粒子。知道了这一点，如果我们不能在显微镜或其他光学设备中直接看到电子的形状，谈论电子的形状是否有意义为了回答这个问题，我们必须调整我们对形状的定义，以便它可以在非常小的距离使用，或者换句话说，在量子物理领域。在我们的宏观世界中看到不同的形状实际上意味着用我们的眼睛探测光线从我们周围的不同物体上反射出来。
简单地说，我们通过观察物体在光线照射到物体上时的反应来定义形状。虽然这可能是一种奇怪的方式来思考形状，但它在量子粒子的亚原子世界中变得非常有用。它为我们提供了一种定义电子性质的 ... ，使我们能够模仿我们在经典世界中描述形状的方式。
是什么取代了微观世界中的形状概念？由于光只不过是振荡电场和磁场的组合，所以定义一个电子的量子性质将是有用的，它携带着关于它如何响应外加电场和磁场的信息。让我们这样做吧。
电子在电场和磁场中作为一个例子，考虑电子最简单的性质：它的电荷。它描述了如果放置在外部电场中，电子将受到的力，以及最终的加速度。一个带负电荷的弹珠也会产生类似的反应，因此在基础物理书籍中，电子的“带电球”类似。电子的这一性质——它的电荷——在量子世界中生存。
同样，电子的另一个“生存”性质叫做磁偶极矩。它告诉我们一个电子如何对磁场作出反应。在这方面，一个电子的行为就像一个小磁铁棒，试图沿着磁场的方向调整自己的方向。虽然记住不要把这些类比做得太过分是很重要的，但它们确实帮助我们理解物理学家为什么对尽可能精确地测量这些量子特性感兴趣。
什么量子特性描述了电子的形状？事实上，有好几个。对于物理学家来说，最简单也是最有用的是电偶极矩，在经典物理学中称为
，当电荷空间分离时，电火花就产生了。带电的球体没有电荷分离，其电火花加工为零。但是想象一下一个哑铃，它的重量是相反的，一边是正的，另一边是负的。在宏观世界中，这个哑铃会有一个非零的电偶极矩。如果o的形状LabLoin没有观察到EDM实际上排除了在LHC中最容易检测到的重的新粒子的存在。对于一个桌面大小的实验来说，这是一个显著的结果，它既影响我们如何计划在巨型强子对撞机上直接搜索新粒子，也影响我们如何构建描述自然的理论。研究像电子这样小的东西能告诉我们很多关于宇宙的事情，这真是太令人惊奇了。
是一个描述EDM和ACME合作发现背后的物理学的简短动画。
是物理学教授亚历克西·彼得罗夫，韦恩州立大学
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