迄今最精確測量結(jié)果揭示繆子行為異常
預(yù)示著可能存在新的未知粒子
科技日報北京4月8日電 （記者劉霞）在美國費米實驗室進行的繆子反常磁矩實驗顯示，繆子的行為與標準模型理論預(yù)測不相符！記者8日從上海交通大學繆子物理團隊帶頭人李亮教授處獲悉，他們參與的美國費米實驗室繆子反常磁矩實驗（Muon g-2）首批結(jié)果今天公布，以前所未有的測量精度，為新物理的存在提供了強有力證據(jù)。
繆子的“體重”比它的近親電子重200倍，在宇宙射線穿透地球大氣層時自然產(chǎn)生，此外，費米實驗室里的質(zhì)子加速器也可以大量制造繆子。
李亮解釋說：“繆子與電子都有內(nèi)稟磁矩，在外界強磁場的作用下，繆子的磁矩指向會發(fā)生進動（擺動）。繆子內(nèi)稟磁矩的大小決定了其進動頻率的大小，這兩者之間的比值被稱為g-因子，科學家可以精確計算出這一比值。”
李亮進一步表示，當繆子在磁場中旋轉(zhuǎn)時，也會與時空最深處起伏不定的量子泡沫（也被稱為“虛粒子”）相互作用，這些轉(zhuǎn)瞬即逝的量子泡沫會影響g-因子，使繆子進動的頻率加快或變慢。粒子物理標準模型可以精準預(yù)測這一反常的磁矩影響。但如果量子泡沫中包含新的作用力或粒子，g值會進一步改變。
2001年，布魯克海文實驗室測得的g-因子數(shù)值比理論值偏大，顯示繆子的行為可能與標準模型不符，在物理學界引發(fā)轟動。20年后，繆子反常磁矩實驗以更高的測量精度再次證實了這一偏差。
據(jù)上海交通大學繆子物理團隊許金祥副教授介紹，在最新實驗中，研究人員將費米實驗室的粒子加速器產(chǎn)生的繆子束流送入一個直徑為15米的超導(dǎo)磁鐵存儲環(huán)內(nèi)，強大的磁鐵使繆子保持在圓形軌道上，利用放在環(huán)內(nèi)側(cè)的探測器，可以精確測量繆子的進動頻率，從而獲得了迄今最精確g-因子值，且與布魯克海文實驗得出的測量值相吻合。
許金祥說：“這兩個實驗結(jié)果結(jié)合起來，顯示繆子行為與標準模型之間不匹配的置信度為4.2倍標準方差，僅比5倍標準方差（科學家宣布發(fā)現(xiàn)的最終標準）略小，這是一個非常有力的證據(jù)，出現(xiàn)統(tǒng)計誤差的概率僅為四萬分之一。”
“這兩個實驗結(jié)果攜手，為新物理的存在提供了強有力的證據(jù)，預(yù)示著世界上可能存在新的未知粒子或作用力?！崩盍翉娬{(diào)。
總編輯圈點
我們可能看不懂這一成果的內(nèi)容，但我們要知道：這是物理學界的一件大事！簡單來說，新實驗表明了自然界中的未知粒子，給了繆子額外的推力——而這一發(fā)現(xiàn)意味著有50年歷史的粒子物理標準模型的預(yù)言失敗。對物理學家來說，這可不是沮喪的結(jié)果，而是令人無比興奮的戰(zhàn)斗的開始，繆子本來就被視為“新物理的探針”，如今新成果雖不至于徹底顛覆標準模型，但也向所有人指向了一個新的物理學世界。
（《科技日報》2021年4月9日第 4 版。）
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