电子是如此的圆，以至于它排除了潜在的新粒子

如果电子的电荷不是完美的圆形，它可以揭示隐藏粒子的存在。新的测量接近完美。
如果一个电子是地球的大小，实验可以检测到糖分子大小的凸起。
想象一个电子是一个带负电荷的球形云。如果这个球稍微不那么圆，它可以帮助解释我们对物理学理解的根本差距，包括为什么宇宙包含一些东西而不是什么都没有。
考虑到这些利害关系，在过去的几十年里，一小群物理学家一直在顽强地寻找电子形状的任何不对称性。这些实验现在非常敏感，如果一个电子是地球的大小，他们可以检测到北极上一个单一糖分子高度的凸起。
最新的结果是：电子比这更圆。
更新后的测量结果让任何希望看到新物理学迹象的人都感到失望。但它仍然有助于理论家限制他们的模型，以了解当前图片中可能缺少哪些未知粒子和力。
“我敢肯定，很难一直做一个测量零的实验家，[但]即使是这个实验的零结果也非常有价值，并且确实教会了我们一些东西，”斯坦福大学理论物理学家彼得格雷厄姆说。这项新研究是“一次技术之旅，对新物理学也非常重要”。

偷猎大象

粒子物理学标准模型是我们存在于宇宙动物园中的所有粒子的最佳名单。在过去的几十年里，这个理论在实验测试中表现得非常好，但它留下了一些严重的“大象”，加州大学伯克利分校的物理学家德米特里·巴德克（Dmitry Budker）说。
首先，我们的存在证明了标准模型是不完整的，因为根据理论，大爆炸应该产生相等的物质和反物质，这些物质和反物质会相互湮灭。
1967年，苏联物理学家安德烈·萨哈罗夫（Andrei Sakharov）提出了解决这一特殊难题的可能方法。他推测，自然界中一定存在某种微观过程，相反看起来不同;这样，物质就可以发展到支配反物质。几年前，物理学家在kaon粒子的衰变中发现了这样的场景。但仅凭这一点还不足以解释这种不对称性。
从那以后，物理学家一直在寻找可能进一步倾斜规模的新粒子的线索。有些人直接这样做，使用大型强子对撞机 - 通常被吹捧为有史以来最复杂的机器。但在过去的几十年里，出现了一种相对低预算的替代方案：研究假设的粒子如何改变已知粒子的性质。“你看到了（新物理学的）足迹，但你实际上并没有看到制造它们的东西，”马萨诸塞大学阿默斯特分校的理论物理学家迈克尔·拉姆齐-穆索夫（Michael Ramsey-Musolf）说。
一个这样的潜在足迹可能出现在电子的圆度中。量子力学规定，在电子的负电荷云中，其他粒子不断闪烁。标准模型之外的某些“虚拟”粒子的存在 - 可以帮助解释物质的原始至高无上 - 将使电子的云看起来稍微更像蛋形。一个尖端会有更多的正电荷，另一个会有更多的负电荷，就像条形磁铁的末端一样。这种电荷分离称为电偶极矩（EDM）。
标准模型预测电子的放电加工非常微小 - 比当前技术可以探测的要小近一百万倍。因此，如果研究人员使用今天的实验来检测一个长方形，这将揭示新物理学的明确痕迹，并指出标准模型可能缺少的东西。
为了寻找电子的EDM，科学家们寻找粒子自旋的变化，这是定义其方向的内在属性。电子的自旋可以很容易地通过磁场旋转，它的磁矩作为一种手柄。这些桌面实验的目标是尝试使用电场旋转自旋，将EDM作为电手柄。
“如果电子是完美的球形，它就没有手柄可以抓住来施加扭矩，”多伦多大学物理学家Amar Vutha说。但是，如果有一个相当大的EDM，电场将用它来拉动电子的自旋。
2011年，伦敦帝国理工学院的研究人员表明，他们可以通过将电子锚定在重分子上来放大这种手柄效应。从那时起，两个主要团队每隔几年就会相互超越，测量越来越精确。
现在在西北大学的一项实验名为高级冷分子电子放电加工，或ACME（一个受旧Road Runner漫画启发的反向词）。另一个位于科罗拉多大学的JILA研究所。在过去十年中，竞争团队的测量灵敏度提高了 200 倍——仍然没有看到 EDM。
“这是一场比赛，只是我们不知道终点线在哪里，甚至不知道是否有终点线，”芝加哥大学物理学家、ACME小组的领导人之一大卫·德米尔（David DeMille）说。

与未知的竞赛

为了继续跋涉，研究人员想要两件事：更多的测量和更长的测量时间。这两个团队采取了相反的方法。
ACME集团在2018年创下了之前的记录，优先考虑测量的数量。它们在实验室中发射一束中性分子，每秒探测数千万个中性分子，但每个只有几毫秒。JILA小组测量的分子更少，但时间更长：他们一次捕获几百个分子，然后测量它们长达三秒钟。
DeMille说，离子捕获技术最初由科罗拉多大学博尔德分校的物理学家Eric Cornell开发，他是JILA小组的负责人，是“一个重大的概念突破”。“该领域的许多人认为这太疯狂了。看到它取得成果真的很令人兴奋。
Budker说，拥有两种可以相互交叉检查的不同实验装置“绝对至关重要”。“我无法用言语来表达我对这种聪明和坚持的钦佩。这是最好的科学。
康奈尔的技术于2017年首次用氟化铪分子展示。从那时起，技术改进使该小组超过了ACME的记录2.4倍，正如康奈尔大学的前研究生Tanya Roussy最近领导的预印本所描述的那样。该团队拒绝在他们的论文正在接受《科学》杂志的审查时发表评论。
以更高的精度探测电子的圆度等同于在更高的能量尺度上寻找新的物理学，或者寻找更重粒子的迹象。这个新的界限对大约1013电子伏特以上的能量很敏感 - 超过LHC目前可以测试的一个数量级。几十年前，大多数理论家预计，新粒子的暗示将大大低于这个尺度。每次标准上升时，都会有一些想法被抹黑。
“我们必须继续与这些限制的含义作斗争，”拉姆齐 - 穆索尔夫说。“还没有人被杀死，但它正在增加热量。
与此同时，电子放电加工社区也在向前发展。在未来的实验迭代中，决斗小组的目标是在中间的某个地方相遇：JILA团队计划制造一个充满离子的光束以增加他们的计数，而ACME团队希望延长他们的光束长度以增加他们的测量时间。Vutha甚至正在研究“一些完全疯狂”的方法，比如将分子冷冻在冰块中，希望灵敏度能提高几个数量级。
梦想是，这些EDM实验将是第一个发现新物理学迹象的实验，促使其他精密测量实验和更大的粒子对撞机进行后续研究。
电子的形状是“教会我们关于自然基本定律的全新和不同部分的东西，”格雷厄姆说。“有一个巨大的发现等待着发生。我很乐观，我们会到达那里。