物理学家以前所未有的精度测量μ子磁矩

物理学家利用费米国家加速器实验室Muong-2 实验在 2019 年和 2020 年收集的数据报告了对 μ 子磁异常的新测量。新的数值支持了他们在 2021 年 4 月宣布的第一个结果，并在理论与实验之间展开了 20 多年的对决。

物理学家用称为标准模型的理论描述了宇宙在最基本层面上的运作方式。

通过根据标准模型进行预测并将其与实验结果进行比较，物理学家可以辨别理论是否完整，或者是否存在超出标准模型的物理学。

μ 子是类似于电子的基本粒子，但质量约为电子的 200 倍。

与电子一样，μ子也有一个微小的内部磁铁，在磁场存在的情况下，它会像陀螺的轴一样进动或摆动。

给定磁场中的进动速度取决于μ子磁矩，通常用字母g表示;在最简单的层面上，理论预测 g 应等于 2。

g 与 2 的差异(或 g 减 2)可归因于 μ 子与周围量子泡沫中粒子的相互作用。

这些粒子忽隐忽现，就像亚原子的“舞伴”一样，抓住μ子的“手”，改变μ子与磁场相互作用的方式。

标准模型包含所有已知的“舞伴”粒子，并预测量子泡沫如何改变 g。但可能还有更多。物理学家对可能存在尚未发现的粒子感到兴奋，这些粒子有助于 g-2 的值，并将打开探索新物理学的窗口。

“μ 子的行为可以通过 g 因子来预测，”德累斯顿工业大学的物理学家、μ 子 g-2 合作组织的成员 Hyejung Stöckinger-Kim 博士说。

“它被捕获在粒子物理学的标准模型中，这是全球公认的解释粒子之间相互作用的模型。如果我们超越标准模型，我们就会看到一个新的物理世界。”

德累斯顿工业大学物理学家、Muon g-2 合作组织成员 Dominik Stöckinger 教授补充道：“μ 子的陀螺运动会有所不同，具体取决于其周围环境中的粒子。”

“你可以说μ子与我们认识的其他粒子共舞。”

“过去 20 年来，计算和测量变得越来越准确。”

“如果我们专注于新物理学的假设，我们就会知道暗物质粒子或其他希格斯粒子可能会影响 g-2 的值。”

Muon g-2合作机构公布的基于前三年数据的新实验结果是：

g-2 = 0.00233184110 +/- 0.00000000043(统计)+/- 0.00000000019(系统)

g-2 的测量精度相当于百万分之 0.20。

“我们确实在探索新领域，”费米实验室高级科学家、Muon g-2 合作组织成员 Brendan Casey 博士说。

“我们正在以前所未有的精度确定μ介子磁矩。”

Muon g-2 合作组织联合发言人 Peter Winter 博士表示：“这项测量是一项令人难以置信的实验成就。”

“将系统性不确定性降低到这个水平是一件大事，也是我们没想到这么快就能实现的。”

意大利国家核物理研究所附属利物浦大学物理学家、Muon g-2 实验联合发言人 Graziano Venanzoni 教授表示：“我们的新测量结果非常令人兴奋，因为它远远超出了布鲁克海文的灵敏度。”在费米实验室。

研究结果将发表在《物理评论快报》杂志上。