氘核是现存最简单的原子核：一个质子与一个中子由强力束缚而成。正是这种简单性使其对物理学家极具价值。在仅有两个粒子的系统中，理论预测可以达到异常高的精度，任何与预测的偏差都会成为新物理的明确信号。
JEDI合作组（Jülich电偶极矩研究组）在德国于利希研究中心的COSY储存环上进行的新测量，首次直接实验限定了氘核是否存在永久电偶极矩（EDM），即原子核内部正负电荷的分离，这种分离将指示基本对称性的破缺。该结果发表在《物理评论快报》上，在95%置信水平下设定上限为|d^d| < 2.5 × 10^(-17) e·cm。
未发现不对称性。但这一搜索本身是解释物理学最深奥谜题之一，宇宙为何有物而非空无一物，的重要一步。
电荷与对称性
永久电偶极矩顾名思义：粒子内部正负电荷的分离，使其具有明显的”正端”和”负端”，如同微观电池。对于基本粒子或简单原子核，这种分离将同时违反宇称（P）对称性，左右等价性，和时间反演（T）对称性，时间正向与反向的等价性。通过CPT定理，这也意味着CP对称性（电荷共轭与宇称的组合）的破缺。
粒子物理标准模型预测氘核EDM极其微小，约10^(-32) e·cm，远低于任何可想象的实验范围。因此，任何可测量的EDM都将成为”新物理学”的证据，即引入额外CP破缺来源的超越标准模型的粒子或力。
CP破缺为何重要？解释大爆炸为何产生物质多于反物质所需的三个条件（萨哈罗夫条件）之一，就是物理定律必须破缺CP对称性。标准模型包含一定的CP破缺（通过夸克混合中的CKM矩阵），但远不足以解释观测到的物质-反物质不对称性。寻找新的CP破缺来源有助于弥合这一差距。
氘核是特别干净的探针，因为其两体结构使理论家能够从量子色动力学和手征有效场论高精度计算EDM。对氘核的测量约束了一组特定的CP破缺参数组合，包括同位旋矢量介子-核子耦合和夸克色电偶极矩，这不同于中子或原子EDM搜索所探测的组合。
储存环技术
JEDI实验采用了与传统EDM搜索截然不同的方法。研究团队没有将中性粒子（中子）或原子捕获在电场中，而是让极化氘核，自旋沿已知方向排列的氘核，在COSY磁储存环中循环。
在磁储存环中，氘核的自旋围绕磁场进动。如果氘核具有EDM，该EDM将与氘核在相对论性地穿过环的磁场时在其自身静止系中感受到的运动电场相互作用。这将导致自旋轴略微倾斜出水平面，倾斜度与EDM大小成正比。
团队使用射频维恩滤波器来操控自旋并探测不变自旋轴（ISA），自旋绕其进动的轴。超导西伯利亚蛇（一种螺旋磁装置）控制自旋方向，而电子冷却螺线管则维持束流极化并抑制系统效应。偏振计测量了最终自旋极化的垂直分量。
测量的倾斜度为数毫弧度，主要来自系统效应，磁场不完善、对准误差，而非EDM信号。这使得团队能够设定2.5 × 10^(-17) e·cm的上限。
意义
这一上限尚无法与中性系统的最佳EDM约束竞争，中子（约1.8 × 10^(-26) e·cm）和汞原子（约7 × 10^(-30) e·cm），但这是有史以来首次对带电强子进行的直接测量。它对CP破缺参数的线性组合敏感度不同于中子或原子EDM，因此提供了正交约束。例如，预测小中子EDM但大氘核EDM的理论无法躲过这次测量。
标准模型的许多扩展，超对称、左右对称模型、多希格斯模型，预测氘核EDM在10^(-24)至10^(-28) e·cm范围内。当前上限尚未排除这些模型，但它确立了实验方法学，并验证了储存环技术用于未来更灵敏的搜索。
下一步是建设专用储存环EDM设施，目前正在CERN和于利希讨论中，目标灵敏度为10^(-24)至10^(-29) e·cm，针对质子、氘核和氦-3原子核。在这一灵敏度下，搜索将直接探测TeV级能量范围的CP破缺，补充LHC对撞机对新物理的搜索。
“氘核是最简单的复合原子核，”Steven Hoekstra在《自然》新闻与观点栏目中随结果发表的评论文章中写道。”这次测量是一项原理验证，表明借助专用设施，该技术可以达到所需的灵敏度，以探测解释宇宙物质-反物质不对称性所需的CP破缺。”
婷 翻译
来源：
Andres A, et al. (JEDI Collaboration). “First Experimental Limit on the Permanent Electric Dipole Moment of the Deuteron.” Physical Review Letters, Vol. 136, 241801 (2026). DOI: 10.1103/ns3s-ld4k
[Nature News & Views] Hoekstra S. “Electric fields probe the symmetry of the ‘heavy hydrogen’ nucleus.” Nature, June 2026. https://www.nature.com/articles/d41586-026-02036-z