渺子摆动 20 年之谜或将最终解开

费米实验室的物理学家对一个长期存在争议的值——一种被称为 μ 子的基本粒子的磁性“摆动”——进行了有史以来最精确的测量。

有点令人失望的消息是，该衡量标准与标准型号，这意味着它可能没有隐藏任何异国情调的新物理学正如一些人所希望的那样。

一个μ 子与电子相似，只是它的质量大约是电子的 207 倍。理论上，μ 子在磁场中的移动方式应该是非常可预测的，总结为所谓的陀螺磁比 （g）。

在一个简单的世界里，g 的值应该是一个漂亮、整洁的 2 —— 但当然，这太容易了。μ 子的磁性舞蹈是一种异常，同样圆周率只是略高于 3，μ 子的 g 因子似乎略高于 2。

有多小？只有 0.001165920705，根据 Fermilab 的新结果μ 子 g-2 实验.该测量结合了六年粒子加速器实验收集的数据。

该团队表示，这个最终数字精确到十亿分之 127 以内。为了正确看待这种精度水平，研究人员说如果你把美国的宽度测量到这个程度，你就能判断出是否少了一粒沙子。

但这项研究真正有趣的部分是它留下的空间用于新的力或粒子来解释异常的磁运动。

一个名为 Muon g-2 Theory Initiative 的相关项目着手检查标准模型对该值的预测。整合比以往任何时候都更广泛的数据集，他们的最新计算在 0.00116592033 处得出。这使它非常接近从实验手段中获得的价值，这给任何酷炫的、奇特的物理学留下了很小的回旋余地。

“异常磁矩，或 g-2,μ 子很重要，因为它提供了对粒子物理学标准模型的敏感测试。Regina Rameika 说，美国能源部高能物理办公室的实验物理学家。

“这是一个令人兴奋的结果，很高兴看到实验以精确测量结束。”

当 μ 子在磁场内旋转时，它的磁极基本上应该与磁场对齐。事实证明并非如此——相反，它像一个不平衡的陀螺一样轻微地晃动。如果这种摆动特别极端，则可能意味着 μ 子正在被看不见的未知粒子推动。

真空吸尘器从来都不是真正的空的 – 多亏了量子涨落，虚拟粒子对不断出现和消失。这些短暂的闯入我们现实的因素可以以各种方式影响附近的其他粒子。

由于其相对的重量，μ 子对虚拟粒子的影响特别敏感。因此，通过精确测量 μ 子超出其预期范围的摆动量，物理学家可以计算出这些神秘虚拟粒子的特性，从而有可能解锁标准模型之外的物理学新领域。假设的解释可能包括暗光子或超对称性.

几十年来，μ 子的 g 因子一直是物理学家眼中的一根迷人的刺。2001 年出现了不对劲的线索，当时 Muon g-2 实验的第一个版本揭示了巨大的差异在理论与实践之间。

此后几十年的进一步实验导致测量越来越精确，同时计算标准模型预测的技术也同时得到改进。然而，不匹配仍然存在。

当前版本的 Muon g-2 实验于 2018 年启动，每年进行一次新的实验，直到 2023 年。数据从前三轮开始，分两批发布，每一批似乎都指向越来越多的迈向新物理学.

这项最新的测量结合了来自整整六次运行的数据，这是上次版本使用的数据集的三倍多。这些数据不仅更丰富，而且质量也更高，利用了对设备的改进。

可悲的是，对于那些希望在他们的物理教科书中增加一些额外章节的人来说，在这种情况下，似乎一切都是应该的。但这并不是说我们什么都知道——暗物质甚至重力也还不适合标准模型，因此还有很多漏洞需要填补。

该研究已提交给该杂志物理评论信，可在预印本服务器上使用arXiv.

宝宝起名 起名