作者:唐一尘 来源:中国科学报 发布时间:2021/4/8 15:47:10
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标准模型被打破了吗

 

 

费米国家加速器实验室介子g-2实验的存储环磁铁。图片来源:Reidar Hahn/Fermilab

μ介子总出人意料。近日,一项实验证实,这些粒子比研究人员最初预期的更具磁性。如果结果成立,理论物理学将发生重大变化,可能存在一种全新的基本粒子等待人们去发现。

4月7日,美国伊利诺斯州芝加哥市费米国家加速器实验室的μ介子g-2合作组,在《物理评论快报》上公布了最新的测量结果。肯塔基大学物理学家Susan Gardner说,对于那些希望发现其他粒子的人来说,这个结果“非常鼓舞人心”。

据报道,一个μ介子的质量大约是电子的200倍,而内部磁体的强度决定了μ介子在外部磁场中的预处理速度,物理学家将其称之为g。而粒子物理学标准模型认为,在适当的单位下,介子的磁矩是一个非常接近但不等于2的数字。

2001年,正在布鲁克海文国家实验室进行的μ介子g-2实验测量了粒子的磁矩,并测量到了这个被称为g-2的微小差异,但发现它比理论学家预测的要稍微大一些。为了验证该结果,研究人员重建了费米国家加速器实验室的实验——让该粒子围绕一个直径为15米的超导环形磁铁旋转。

在前段时间举行的一场电话会议上,实验的两位共同领导者打开了一个信封,里面装着未公开的时钟频率。当他们把这个数字输入电脑时,就显示出了g-2的数值。团队立刻意识到,这个结果与20年前布鲁克海文国家实验室记录的结果一致。

μ介子g-2实验最初的参与者、马萨诸塞州波士顿大学的Lee Roberts说,“人们在鼓掌,跳上跳下。”

据悉,这两个实验室的综合结果显示,与理论的差异显著性为4.2sigma,离科学家宣称发现所需的5sigma(或标准差)还差一点。

μ介子g - 2小组现在正忙于分析一些最新的数据,同时收集更多的数据。研究人员最终希望他们的测量精度能提高4倍。如果这个差异是真实的,那么标准模型就必须进行更新,加入新的粒子。但其中一个问题是,自2001年以来,许多可能影响μ介子磁矩的候选粒子在其他实验中被排除。

自20世纪70年代首次提出以来,标准模型已经通过了所有测试,几乎没有什么变化。但物理学家知道它肯定是不完整的,一些人希望μ介子将带来它的第一次失败。“如果我们证实了与标准模型的差异,那就是人们50年来一直在寻找的东西。”Roberts说。

相关论文信息:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.141801

 

 
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