费米实验室μ介子g-2实验的存储环磁铁 图片来源：Reidar Hahn/Fermilab

本报讯 经过20年的等待，重新启动的μ介子实验即将公布结果。研究人员计划于4月7日公布μ介子磁性的最新测量结果，相关发现可能会导致新粒子的发现。

这个名为μ介子g-2的实验是在美国费米国家加速器实验室进行的。1997年至2001年，μ介子实验曾首次在布鲁克海文国家实验室进行，并在2006年最终确定结果，发现μ介子的磁矩（产生的磁场量度）略大于理论预测。

该结果引起了物理界的轰动和争议。如果这些结果最终得到证实，它们可能揭示新粒子的存在，并颠覆基础物理学。伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校理论物理学家Aida El-Khadra说：“每个人都坐立不安。”

μ介子g-2实验通过在直径为15米的圆内移动粒子来测量介子的磁矩。一个强大的磁铁使介子保持在圆形轨道上，同时使它们的南北磁轴旋转。粒子的磁矩越强，轴的旋转速度就越快。“我们测量的是介子在磁场中旋转速率。”波士顿大学物理学家Lee Roberts说。

量子物理学初步预测，基本粒子（如介子和电子）的磁矩正好等于2（用依赖于粒子的测量单位计算）。但更全面的计算揭示了这个值的偏差，这是由于“真空从来不是真正的真空”造成的，即介子周围的空间里充斥着各种“虚粒子”，它们改变了介子的磁场。这种微小的差异通常用g-2表示。

在布鲁克海文国家实验室的实验中，物理学家发现g-2的值为0.0023318319。该实验中，介子磁矩的实验值必须与理论预测值相比较，而理论预测本身就有较大的不确定性。

去年，由El-Khadra参与主持的一个大型合作项目召集了几个研究小组，每个小组专门研究一种类型的虚拟粒子，并公布了基本常数的“共识”值。理论值和实验值之间的差异没有改变。

同样是去年，一个研究小组发表了一篇预印本，表明μ介子g-2的理论值接近实验值。该团队专注于该理论中一个特别顽固的不确定来源——虚胶子。如果他们的结果是正确的，理论值和实验值间的差距可能是不存在的。El-Khadra说，初步的研究结果“引起了很大的轰动”，并引发了激烈的辩论。

4月7日将公布的结果可能还不能解决这个问题。由于设备升级，该团队最终希望将μ介子g-2的精确度提高到布鲁克海文国家实验室实验的4倍。但到目前为止，该研究误差幅度没有减小。不过，Roberts表示，如果测量结果与最初的结果非常接近，人们对结果的信心就会提高。（辛雨）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1103/PhysRevD.73.072003

https://doi.org/10.1016/j.physrep.2020.07.006

https://arxiv.org/abs/2002.12347