渺子擺動 20 年之謎或將最終解開

費米實驗室的物理學家對一個長期存在爭議的值——一種被稱為 μ 子的基本粒子的磁性“擺動”——進行了有史以來最精確的測量。

有點令人失望的消息是，該衡量標準與標準型號，這意味著它可能沒有隱藏任何異國情調的新物理學正如一些人所希望的那樣。

一個μ 子與電子相似，只是它的質量大約是電子的 207 倍。理論上，μ 子在磁場中的移動方式應該是非常可預測的，總結為所謂的陀螺磁比 （g）。

在一個簡單的世界里，g 的值應該是一個漂亮、整潔的 2 —— 但當然，這太容易了。μ 子的磁性舞蹈是一種異常，同樣圓周率只是略高于 3，μ 子的 g 因子似乎略高于 2。

有多小？只有 0.001165920705，根據 Fermilab 的新結果μ 子 g-2 實驗.該測量結合了六年粒子加速器實驗收集的數據。

該團隊表示，這個最終數字精確到十億分之 127 以內。為了正確看待這種精度水平，研究人員說如果你把美國的寬度測量到這個程度，你就能判斷出是否少了一粒沙子。

但這項研究真正有趣的部分是它留下的空間用于新的力或粒子來解釋異常的磁運動。

一個名為 Muon g-2 Theory Initiative 的相關項目著手檢查標準模型對該值的預測。整合比以往任何時候都更廣泛的數據集，他們的最新計算在 0.00116592033 處得出。這使它非常接近從實驗手段中獲得的價值，這給任何酷炫的、奇特的物理學留下了很小的回旋余地。

“異常磁矩，或 g-2,μ 子很重要，因為它提供了對粒子物理學標準模型的敏感測試。Regina Rameika 說，美國能源部高能物理辦公室的實驗物理學家。

“這是一個令人興奮的結果，很高興看到實驗以精確測量結束。”

當 μ 子在磁場內旋轉時，它的磁極基本上應該與磁場對齊。事實證明并非如此——相反，它像一個不平衡的陀螺一樣輕微地晃動。如果這種擺動特別極端，則可能意味著 μ 子正在被看不見的未知粒子推動。

真空吸塵器從來都不是真正的空的 – 多虧了量子漲落，虛擬粒子對不斷出現和消失。這些短暫的闖入我們現實的因素可以以各種方式影響附近的其他粒子。

由于其相對的重量，μ 子對虛擬粒子的影響特別敏感。因此，通過精確測量 μ 子超出其預期范圍的擺動量，物理學家可以計算出這些神秘虛擬粒子的特性，從而有可能解鎖標準模型之外的物理學新領域。假設的解釋可能包括暗光子或超對稱性.

幾十年來，μ 子的 g 因子一直是物理學家眼中的一根迷人的刺。2001 年出現了不對勁的線索，當時 Muon g-2 實驗的第一個版本揭示了巨大的差異在理論與實踐之間。

此后幾十年的進一步實驗導致測量越來越精確，同時計算標準模型預測的技術也同時得到改進。然而，不匹配仍然存在。

當前版本的 Muon g-2 實驗于 2018 年啟動，每年進行一次新的實驗，直到 2023 年。數據從前三輪開始，分兩批發布，每一批似乎都指向越來越多的邁向新物理學.

這項最新的測量結合了來自整整六次運行的數據，這是上次版本使用的數據集的三倍多。這些數據不僅更豐富，而且質量也更高，利用了對設備的改進。

可悲的是，對于那些希望在他們的物理教科書中增加一些額外章節的人來說，在這種情況下，似乎一切都是應該的。但這并不是說我們什么都知道——暗物質甚至重力也還不適合標準模型，因此還有很多漏洞需要填補。

該研究已提交給該雜志物理評論信，可在預印本服務器上使用arXiv.

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