μ介子异常磁矩被证实,科学家兴奋不已,标准模型存在缺陷

科学家与工程师的差别在于:科学家喜欢意外,而工程师不喜欢意外。

μ介子是物理学中的基本粒子之一,带一个单位的负电荷,自旋1/2,质量大约是电子的200倍,寿命大约2微秒;由于宇宙射线撞击大气层时会产生大量的μ介子,μ介子的寿命又很短,于是到达地面的μ介子数量与μ介子的寿命息息相关,这一原理还被当做狭义相对论时间膨胀效应的直接证据。

标准模型是一套描述强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用的物理理论,在去过几十年间,标准模型取得了非凡的成就,目前为止,几乎所有粒子物理实验都符合标准模型的预言,围绕标准模型颁发的诺贝尔奖有数十个。

按照标准模型的理论预言,在适当的条件下,μ介子的磁矩是一个非常接近但是不等于2的数,这被称作“g-2”,这个理论值大约是2.00233183620(86)。

早在2001年,科学家就发现了g-2与实验值存在差异,为了进一步验证这个差异,科学家几乎重建了美国费米国家加速器实验室,制造了一个直径15米的超导环形加速器,经过多年的准备后,自2018年开始实验,经过一年多的数据收集,实验结果显示g-2的值为2.00233184122(82),与理论值的显著差异为4.2σ(标准差)。

这个实验结果让科学家兴奋不已,据实验参与者Lee Roberts称:大家都在欢呼,跳上跳下。

但是按照物理学的规矩,这次实验的标准差还差一点(5σ)才能宣称是新发现。

研究人员称:此次公布的数据只是第一轮实验的结果,第二轮和第三轮实验数据还在分析当中,而第四轮实验在进行当中,第五轮实验还在计划当中,目前为止,我们仅分析了实验6%的数据,未来我们希望将测量精度提高四倍。

费米实验室的副主任Joe Lykken说:此次发现μ介子的异常磁矩是一项了不起的成就,它将在今后的几年中,指导物理学修正标准模型。

自上世纪七十年代以来,标准模型通过了所有物理实验的检验,并以令人惊讶的精度预测了几乎每一次实验数据。

此次μ介子的异常磁矩被证实,让标准模型开始动摇,就如当初迈克尔逊-莫雷实验让经典物理动摇,τ-θ之谜让宇称守恒动摇一样,说不定μ介子异常磁矩的背后,还有一种全新的相互作用(第五种基本力)未被发现,或者将彻底革命标准模型,甚至是隐藏了宇宙的终极理论。

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