在量子力學中，電子通常被描述為一個負電荷的球狀云。在理論上，電子的形狀被認為是完美的球體，這意味著它的電荷均勻分布在其整個表面。然而，電子實際上是一個量子粒子，因此它沒有固定的大小和形狀，而是以機率分布的形式存在于一個特定的空間區域。在實驗中，科學家們努力測量電子的電偶極矩，以確定它是否具有非球形的形狀。到目前為止，所有的測量結果都顯示電子非常接近于球形。
電偶極矩（Electric Dipole Moment，簡稱 EDM）是描述分布在物體中的正負電荷之間距離的向量量。它反映了一個物體的電荷分布在空間中的不對稱性。具有非零電偶極矩的物體表明正負電荷分布不均勻，具有明顯的正負兩極。
如果電子的形狀不那麼「球」，那麼這可能有助于解釋物理學理解中的一些基本問題，包括宇宙為什麼存在物質而非空無一物。
鑒于這個問題的重要性，過去幾十年來，物理學家一直在堅持不懈地尋找電子形狀中的任何不對稱。如今實驗的靈敏度已經達到了相當高的水平，以至于如果把一個電子放大到地球的大小，它們能夠檢測到北極處一個僅高出一個糖分子的隆起。
最新的結果顯示：電子比那還要圓（那樣的隆起都沒有）。這一新的測量結果讓那些希望尋找新物理學跡象的人感到失望。
粒子物理的標準模型是我們目前對宇宙中所有基本粒子的最完整和最準確的理論描述。在過去幾十年的實驗測試中，這個理論表現得非常出色，但仍然存在一些尚未解決的重要問題。這些問題在當前的理論框架下無法得到解釋，需要尋找新的物理學理論來解決。
首先，物質的存在本身就證明了標準模型是不完整的，因為根據這個理論，大爆炸應該產生相等的物質和反物質，這些物質和反物質本應相互 湮滅（annihilated）。
在1967年，蘇聯物理學家安德烈·薩哈羅夫提出了一個可能的解決方案，以解釋為什麼物質在宇宙中占據主導地位。他的推測是指，在自然界中一定存在一種特殊的微觀過程，當這個過程反向進行時，它的表現形式會有所不同。這可能導致物質在宇宙中逐漸占據主導地位，而反物質則相對較少。
在此之前的幾年里，物理學家們已經在介子（kaon）粒子的衰變中發現了這種現象。然而，這個現象僅僅發現在介子中還不足以解釋物質和反物質之間的不對稱現象，因此科學家們繼續尋找其他可能的解釋。
來自介子衰變的新物理可能性
從那時起，物理學家們一直在尋找能進一步解釋物質和反物質不對稱現象的新粒子的線索。這意味著，他們希望找到一種或多種新粒子，這些粒子可能對物質和反物質的演化過程產生更大的影響，使得物質在宇宙中更加占據主導地位。這些新粒子可能是目前已知粒子模型之外的未知粒子，它們的發現將有助于揭示物理學中尚未解決的謎團。
有些物理學家為了尋找新粒子和新物理現象，直接使用大型強子對撞機（Large Hadron Collider，LHC）。大型強子對撞機是一個巨大且復雜的粒子加速器，被認為是人類建造過的最復雜的機器。它通過將粒子加速到接近光速并相互碰撞，來探測新粒子和新物理現象，從而提供關于宇宙基本粒子和力的更多信息。
但在過去的幾十年里，一個相對低成本的替代方法出現了：物理學家們在研究已知粒子的性質時，會觀察假設的（未被發現的）粒子是否會影響這些性質。通過研究已知粒子性質的變化，科學家們可以推測可能存在的新粒子，這有助于拓展我們對基本粒子和力的理解。這種方法是尋找新物理學的一種間接手段，通過尋找新粒子在已知粒子上留下的「足跡」，而非直接觀察新粒子本身。
這樣一個潛在的足跡可能出現在 電子的圓度上。量子力學規定，在電子的負電荷云中，其他粒子不斷地閃現并消失。如果存在一些超出標準模型的「虛擬」粒子（這些粒子有助于解釋原始物質為何比反物質更占優勢）， 那麼電子的負電荷云可能呈橢圓形。在這種情況下，橢圓形的一端將具有較多的正電荷，而另一端將具有較多的負電荷，這類似于磁鐵的兩端。這種電荷分離現象被稱為電偶極矩（EDM）。
標準模型預測電子的EDM非常微小——比目前技術能探測到的小近百萬倍。因此，如果研究人員在今天的實驗中檢測到一個橢圓形狀，那將揭示新物理學的明確痕跡，并揭示標準模型中可能缺失的部分。
為了尋找電子的電偶極矩，科學家會觀察電子自旋（一種固有屬性）的變化。電子的自旋可以通過磁場輕松調整，其中磁矩充當一個把手。在這些實驗中，研究人員的目標是通過電場而非磁場來調整電子的自旋，此時電偶極矩充當一個電把手。也就是說，如果電子是 完美的球形，那麼在施加電場時，沒有地方可以施加扭矩使電子自旋改變方向。但如果電子有一個明顯的電偶極矩，即電荷分布不均勻，那麼當施加電場時，它將利用電偶極矩來影響電子的自旋。
2011年，倫敦帝國理工學院的研究人員發現，通過將電子與一個品質較大的分子相結合，可以放大這種電偶極矩的效果。自那時以來，兩個主要的研究團隊（ACME團隊和JILA團隊）相互競爭，每隔幾年就在精度上取得顯著提高，實現了越來越精確的電子電偶極矩測量。在過去的十年里，這兩個競爭團隊的測量靈敏度提高了200倍，但仍然沒有看到EDM。
芝加哥大學的物理學家David DeMille是其中一個團隊組的負責人，他說：「這有點像一場比賽，但我們不知道終點在哪里，甚至不知道是否有終點。」
為了繼續向前，研究人員需要兩件事：更多的測量和更長的測量時間。
ACME團隊優先考慮測量的數量。他們將一束中性分子射向實驗室，每秒探測數千萬個分子，但每個分子只測量幾毫秒。JILA團隊測量的分子較少，但測量時間較長：他們每次捕獲幾百個分子，然后測量它們長達三秒鐘。
提高對電子圓度的精確探測相當于在更高能量尺度上尋找新物理，或尋找更重粒子的跡象。這個新的實驗結果對能量大約在10^13電子伏以上的現象具有敏感性，這比大型強子對撞機目前能夠測試的能量范圍要高出一個數量級。幾十年前，許多理論家預測新粒子的跡象將在遠低于這個能量范圍的地方被發現。然而，每次實驗敏感度提高時，一些原有的觀點都會受到質疑，需要重新審視。
通過尋找電子的電偶極矩，這些實驗希望能夠發現超出標準模型的新物理現象，即揭示物理學中尚未解決的謎團。如果這些實驗能夠探測到非零的電子電偶極矩，這將說明標準模型不完整，并將為新物理學的發現鋪平道路。這將引起其他精密測量實驗和更大粒子對撞機的一系列后續研究，以進一步探索這個新的物理學領域。因此，這些EDM實驗被認為是發現新物理學跡象的夢想實驗。
