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費米國家加速器實驗室介子g-2實驗的存儲環(huán)磁鐵。圖片來源：Reidar Hahn/Fermilab

μ介子總出人意料。近日，一項實驗證實，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，美國伊利諾斯州芝加哥市費米國家加速器實驗室的μ介子g-2合作組，在《物理評論快報》上公布了最新的測量結(jié)果。肯塔基大學物理學家Susan Gardner說，對于那些希望發(fā)現(xiàn)其他粒子的人來說，這個結(jié)果“非常鼓舞人心”。

據(jù)報道，一個μ介子的質(zhì)量大約是電子的200倍，而內(nèi)部磁體的強度決定了μ介子在外部磁場中的預(yù)處理速度，物理學家將其稱之為g。而粒子物理學標準模型認為，在適當?shù)膯挝幌?，介子的磁矩是一個非常接近但不等于2的數(shù)字。

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

在前段時間舉行的一場電話會議上，實驗的兩位共同領(lǐng)導(dǎo)者打開了一個信封，里面裝著未公開的時鐘頻率。當他們把這個數(shù)字輸入電腦時，就顯示出了g-2的數(shù)值。團隊立刻意識到，這個結(jié)果與20年前布魯克海文國家實驗室記錄的結(jié)果一致。

μ介子g-2實驗最初的參與者、馬薩諸塞州波士頓大學的Lee Roberts說，“人們在鼓掌，跳上跳下。”

據(jù)悉，這兩個實驗室的綜合結(jié)果顯示，與理論的差異顯著性為4.2sigma，離科學家宣稱發(fā)現(xiàn)所需的5sigma（或標準差）還差一點。

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

自20世紀70年代首次提出以來，標準模型已經(jīng)通過了所有測試，幾乎沒有什么變化。但物理學家知道它肯定是不完整的，一些人希望μ介子將帶來它的第一次失敗?！叭绻覀冏C實了與標準模型的差異，那就是人們50年來一直在尋找的東西。”Roberts說。

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


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