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費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室介子g-2實(shí)驗(yàn)的存儲(chǔ)環(huán)磁鐵。圖片來(lái)源：Reidar Hahn/Fermilab

μ介子總出人意料。近日，一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這些粒子比研究人員最初預(yù)期的更具磁性。如果結(jié)果成立，理論物理學(xué)將發(fā)生重大變化，可能存在一種全新的基本粒子等待人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。

4月7日，美國(guó)伊利諾斯州芝加哥市費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的μ介子g-2合作組，在《物理評(píng)論快報(bào)》上公布了最新的測(cè)量結(jié)果。肯塔基大學(xué)物理學(xué)家Susan Gardner說(shuō)，對(duì)于那些希望發(fā)現(xiàn)其他粒子的人來(lái)說(shuō)，這個(gè)結(jié)果“非常鼓舞人心”。

據(jù)報(bào)道，一個(gè)μ介子的質(zhì)量大約是電子的200倍，而內(nèi)部磁體的強(qiáng)度決定了μ介子在外部磁場(chǎng)中的預(yù)處理速度，物理學(xué)家將其稱之為g。而粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型認(rèn)為，在適當(dāng)?shù)膯挝幌?，介子的磁矩是一個(gè)非常接近但不等于2的數(shù)字。

2001年，正在布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的μ介子g-2實(shí)驗(yàn)測(cè)量了粒子的磁矩，并測(cè)量到了這個(gè)被稱為g-2的微小差異，但發(fā)現(xiàn)它比理論學(xué)家預(yù)測(cè)的要稍微大一些。為了驗(yàn)證該結(jié)果，研究人員重建了費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)——讓該粒子圍繞一個(gè)直徑為15米的超導(dǎo)環(huán)形磁鐵旋轉(zhuǎn)。

在前段時(shí)間舉行的一場(chǎng)電話會(huì)議上，實(shí)驗(yàn)的兩位共同領(lǐng)導(dǎo)者打開(kāi)了一個(gè)信封，里面裝著未公開(kāi)的時(shí)鐘頻率。當(dāng)他們把這個(gè)數(shù)字輸入電腦時(shí)，就顯示出了g-2的數(shù)值。團(tuán)隊(duì)立刻意識(shí)到，這個(gè)結(jié)果與20年前布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室記錄的結(jié)果一致。

μ介子g-2實(shí)驗(yàn)最初的參與者、馬薩諸塞州波士頓大學(xué)的Lee Roberts說(shuō)，“人們?cè)诠恼?，跳上跳下。?/p>

據(jù)悉，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的綜合結(jié)果顯示，與理論的差異顯著性為4.2sigma，離科學(xué)家宣稱發(fā)現(xiàn)所需的5sigma（或標(biāo)準(zhǔn)差）還差一點(diǎn)。

μ介子g - 2小組現(xiàn)在正忙于分析一些最新的數(shù)據(jù)，同時(shí)收集更多的數(shù)據(jù)。研究人員最終希望他們的測(cè)量精度能提高4倍。如果這個(gè)差異是真實(shí)的，那么標(biāo)準(zhǔn)模型就必須進(jìn)行更新，加入新的粒子。但其中一個(gè)問(wèn)題是，自2001年以來(lái)，許多可能影響μ介子磁矩的候選粒子在其他實(shí)驗(yàn)中被排除。

自20世紀(jì)70年代首次提出以來(lái)，標(biāo)準(zhǔn)模型已經(jīng)通過(guò)了所有測(cè)試，幾乎沒(méi)有什么變化。但物理學(xué)家知道它肯定是不完整的，一些人希望μ介子將帶來(lái)它的第一次失敗?！叭绻覀冏C實(shí)了與標(biāo)準(zhǔn)模型的差異，那就是人們50年來(lái)一直在尋找的東西?！盧oberts說(shuō)。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.141801


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