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迄今最精確測量結(jié)果揭示繆子行為異常 預(yù)示著可能存在新的未知粒子

2021-04-09 18:33:07來源:互聯(lián)網(wǎng)

在美國費米實驗室進(jìn)行的繆子反常磁矩實驗顯示,繆子的行為與標(biāo)準(zhǔn)模型理論預(yù)測不相符!記者8日從上海交通大學(xué)繆子物理團(tuán)隊帶頭人李亮教授處獲悉,他們參與的美國費米實驗室繆子反常磁矩實驗(Muon g-2)首批結(jié)果今天公布,以前所未有的測量精度,為新物理的存在提供了強(qiáng)有力證據(jù)。

繆子的“體重”比它的近親電子重200倍,在宇宙射線穿透地球大氣層時自然產(chǎn)生,此外,費米實驗室里的質(zhì)子加速器也可以大量制造繆子。

李亮解釋說:“繆子與電子都有內(nèi)稟磁矩,在外界強(qiáng)磁場的作用下,繆子的磁矩指向會發(fā)生進(jìn)動(擺動)。繆子內(nèi)稟磁矩的大小決定了其進(jìn)動頻率的大小,這兩者之間的比值被稱為g-因子,科學(xué)家可以精確計算出這一比值。”

李亮進(jìn)一步表示,當(dāng)繆子在磁場中旋轉(zhuǎn)時,也會與時空最深處起伏不定的量子泡沫(也被稱為“虛粒子”)相互作用,這些轉(zhuǎn)瞬即逝的量子泡沫會影響g-因子,使繆子進(jìn)動的頻率加快或變慢。粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型可以精準(zhǔn)預(yù)測這一反常的磁矩影響。但如果量子泡沫中包含新的作用力或粒子,g值會進(jìn)一步改變。

2001年,布魯克海文實驗室測得的g-因子數(shù)值比理論值偏大,顯示繆子的行為可能與標(biāo)準(zhǔn)模型不符,在物理學(xué)界引發(fā)轟動。20年后,繆子反常磁矩實驗以更高的測量精度再次證實了這一偏差。

據(jù)上海交通大學(xué)繆子物理團(tuán)隊許金祥副教授介紹,在最新實驗中,研究人員將費米實驗室的粒子加速器產(chǎn)生的繆子束流送入一個直徑為15米的超導(dǎo)磁鐵存儲環(huán)內(nèi),強(qiáng)大的磁鐵使繆子保持在圓形軌道上,利用放在環(huán)內(nèi)側(cè)的探測器,可以精確測量繆子的進(jìn)動頻率,從而獲得了迄今最精確g-因子值,且與布魯克海文實驗得出的測量值相吻合。

許金祥說:“這兩個實驗結(jié)果結(jié)合起來,顯示繆子行為與標(biāo)準(zhǔn)模型之間不匹配的置信度為4.2倍標(biāo)準(zhǔn)方差,僅比5倍標(biāo)準(zhǔn)方差(科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)的最終標(biāo)準(zhǔn))略小,這是一個非常有力的證據(jù),出現(xiàn)統(tǒng)計誤差的概率僅為四萬分之一。”

“這兩個實驗結(jié)果攜手,為新物理的存在提供了強(qiáng)有力的證據(jù),預(yù)示著世界上可能存在新的未知粒子或作用力。”李亮強(qiáng)調(diào)。

總編輯圈點

我們可能看不懂這一成果的內(nèi)容,但我們要知道:這是物理學(xué)界的一件大事!簡單來說,新實驗表明了自然界中的未知粒子,給了繆子額外的推力——而這一發(fā)現(xiàn)意味著有50年歷史的粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)言失敗。對物理學(xué)家來說,這可不是沮喪的結(jié)果,而是令人無比興奮的戰(zhàn)斗的開始,繆子本來就被視為“新物理的探針”,如今新成果雖不至于徹底顛覆標(biāo)準(zhǔn)模型,但也向所有人指向了一個新的物理學(xué)世界。

關(guān)鍵詞: 迄今 精確 測量 結(jié)果

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