在奇異原子中，發現了誘人的奇異之處

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正電子是電子的反粒子，這兩種擁有相反電荷的粒子，擁有幾乎完全相同的性質。一旦正電子和電子相遇，它們便會發生湮滅。然而，有一種令人費解的粒子卻是由一個正電子和一個電子構成的，這種奇異粒子被稱爲電子偶素。

最近，一項由倫敦大學學院的物理學家發表於《物理評論快報》的新研究表明，實驗測得的電子偶素的一種性質，與其理論預測之間存在差異。研究人員認爲，這種差異不太可能是由在計算或實驗上出現了差錯而導致的。如果真是這樣，那麼這種差異通常是出現了未被發現的新粒子，或存在超越了標準模型的物理學的標誌。

然而，面對這樣一則可能掀起物理學界巨浪的消息，研究人員表現得十分冷靜和剋制。他們既沒有選擇對此進行大肆宣傳，也沒有在論文中也使用任何類似“新物理學”的字眼。

電子偶素是由一個帶正電的正電子，和一個帶負電的電子在軌道上相互環繞而形成的。從某種意義上，它像是一個缺乏原子核的簡易原子。由於不含質子和中子，因此在研究它時，物理學家無需考慮原子核中複雜的強力和弱力，而是可以依據解釋了帶電粒子是如何相互作用的量子電動力學（QED），來精確預測電子偶素的性質。這樣的特性使得電子偶素成爲了尋找新物理學的一種理想工具。

和普通原子一樣，由於電子偶素中的電子和正電子會從一個量子態躍遷到另一個量子態，因此電子偶素只能根據兩個能級之間的差距，以特定的頻率吸收和釋放光電磁輻射。理論物理學家可以根據QED精確地計算出這些輻射的波長。

從實驗物理學的角度來看，電子偶素在自然界中並不存在，所以要進行測量，實驗物理學家必須通過向一個目標發射一束正電子，並讓這束正電子與目標中的電子相遇來製造電子偶素。即便成功製造出電子偶素，這些原子的存在時間也非常短，因爲電子偶素中的電子和正電子會在數百納秒的時間之內發生相互碰撞，湮滅成一道伽瑪射線的閃光。

在新的研究中，物理學家通過捕捉到大約10萬個短暫“閃現”的電子偶素，測量了這種簡易原子的“精細結構”。原子的精細結構描述了由電子的自旋和相對論效應而產生的能級分裂。但是，要精確地測量電子偶素的精細結構是一項巨大的挑戰，因爲它們的“壽命”實在太短了。

在新的實驗中，研究人員採用了很多措施來提高實驗的精準度和減少系統實驗誤差。在電子偶素被製造出來後，他們需要先用激光對這些粒子進行操控，讓它們處於一個適當的能級；然後利用微波來驅動其中的一些粒子，以發生特定的量子躍遷。

在調整了微波的頻率之後，研究人員測得，若要讓躍遷得以發生，微波輻射的頻率需要約爲18.50102千兆赫，而不是根據QED預測出的18.49825千兆赫。QED是一門極其精確的學科，所以這看似相差不大的值，卻足以引起物理學家的重視。

對於這樣的結果，物理學家的解讀非常謹慎。物理學研究中曾屢次出現過一些引人矚目的“驚人發現”，比如質子大小的差異，宇宙暴漲的跡象，以及出現過的能表明中微子的傳播速度比光速更快的證據……這些名噪一時的發現最終都被證明並沒有牢靠的依據。

在過往對電子偶素的研究中，也曾出現過對某一性質的預測值和觀察值之間存在差異，但最後這些差異又消失的情況。例如這樣的事件就曾發生在對電子偶素的壽命測量上：20世紀90年代，物理學家認爲電子偶素的“壽命”比理論預期的要短；然而到了在2003年，當更好的測量方法出現時，這一差異便被解決了。在新的研究中，物理學家排查了所有可能出錯的實驗環節，但目前仍一無所獲。

而另一方面，研究人員認爲理論預測結果也沒有什麼問題。那麼這是否意味着需要用新的粒子或新的理論來解釋這種差異？然而，這種解釋似乎也不太可能。如果真的存在新的粒子，那麼在過去其他的一些實驗中就應該已經顯露出相應的效應。例如有理論認爲，電子偶素的能級有可能受到一種與軸子類似的假想粒子的影響，這是一種很輕的粒子，有望被用來解釋暗物質的本質。但如果是這樣一種假想粒子導致了這種差異，那麼在那些測量電子、μ介子等粒子的磁性時，就應該能觀測到某些不尋常的效應……

導致了這種差異的真正原因究竟爲何，還需物理學家繼續通過理論和實驗研究尋找答案。