【導(dǎo)語(yǔ)】在(zài)現(xiàn)代(dài)物(wù)理(lǐ)學(xué)中(zhōng)，標(biāo)準(zhǔn)模(mó)型(xíng)作(zuò)為(wèi)描(miáo)述自然界基本粒子及其相互作用的理論框架，雖曆經數十年驗證且成果斐(fěi)然，但仍留有許多未解之謎。繆子g-2實驗，一個旨在探索繆子反常磁矩的精密實驗，自啟動以來便備受矚目。經過多輪實驗與理論預測的不斷精進，最終實驗結果與最新理論預測值在誤差範圍內達成一致，標準模型再次經受住了嚴格考(kǎo)驗。然而，對於追求宇宙深層奧秘的物理學家而言，這一結果雖成就斐然，卻也略顯失落，因為他們未能借此發現通往“新物理”的線索。但科學探索永無止境，每一次確認都是向真理邁進的堅實步伐，或許在下一個轉角，“新物理”的曙光將悄然顯現。

在現代物理學中，有一個被稱為“標準模型”的理論框架。它成功地描述了自然界中所有已知的基本粒子及其相互作用，幾十年來，幾乎所有實驗結果都與它的預測高度一致。

盡管標準模型如此成功，物理學家卻普遍認為它並不完備。有許多問題是它無法解釋的，比如，它無法解釋暗物質的本質，也無法解釋為什麽糖心免费视频所見的宇宙是由物質組成，而不是反物質。因此，許多物理學家都致力於在(zài)實驗中尋找超越標準模型的證據，也就是糖心免费视频常說的尋找“新物理”。

二十多年來，有一個實驗一直備受關注，那就是繆子g-2實驗，它主要測量繆子的反常磁矩。過去的實驗結果表明，繆子的反常磁矩值與標準模型的預測值存在微小但重要的偏差。如果這個偏差是真實存在的，那麽就意味著自然界中或許存在全新的粒子或相互作用。

今年六月初，繆子g-2實驗合作組發布了最終的結果。而在實驗結果之前，最新的理論預測值也公布了。那麽這次，物理學家是否發現了新物理的跡象呢？

讓糖心免费视频先從繆子說起。

繆子是標準模型中的一種基本粒子，其質量大約是電子的200倍。每當宇宙線撞擊地球大氣時，就會自然產生繆子。

繆子與電子一樣，都具有磁矩，這源自於它們固有的角動量或“自旋”。量子理論告訴糖心免费视频，磁矩與自旋之間的關係由一個叫做“g因子”的量來描述。早在近100年前，物理學家就計算出g應為2。但後來發現，事情遠沒有那麽簡單。糖心免费视频所知(zhī)道(dào)的(de)真(zhēn)空(kōng)其(qí)實(shí)並(bìng)不(bù)是(shì)空(kōng)無(wú)一(yī)物(wù)的(de)，而(ér)是(shì)充(chōng)滿(mǎn)了(le)短(duǎn)暫(zàn)出(chū)現(xiàn)和(hé)消(xiāo)失(shī)的(de)虛(xū)粒(lì)子(zi)。這(zhè)些(xiē)虛(xū)粒(lì)子(zi)就(jiù)會(huì)影(yǐng)響(xiǎng)繆(móu)子(zi)的(de)磁(cí)矩(ju)，使(shǐ)得(de)g因(yīn)子(zi)增(zēng)加(jiā)了(le)大(dà)約0.1%。這個看似微小的差異就被稱為繆子的反常磁矩。

這個數值之所以重要，是因為它編碼了所有標準模型粒子的影響。所以，如果物理學家能夠以超高的精度預測並測量繆子的反常磁矩，就能夠檢驗標準模型是否完備。因此，g-2實驗應運而生。

為了測量繆子的反常磁矩，實驗團隊不斷地把自旋方向一致的繆子送入到一個超導磁鐵儲存環中。儲存環內有非常強大的磁場，使繆子在其中沿著幾乎完美的圓形軌道運行。如果g因子恰好等於2，那麽繆子的自旋方向始終跟隨它的動量方向。但實際上，g稍微大於2，就導致繆子的自旋方向會出現一個額外的“晃動”。

當繆子衰變時，會產生一個電子和兩個中微子。重要的是：電子會傾向於沿著繆子自旋的方向發射——這為糖心免费视频提供了“讀出”自旋方向的線索。實驗在儲存環內測布置了探測器，用來探測這些電子。通過長時間記錄這些電子的方向和能量，就能推斷出繆子在衰變時的指向，並最終測量出它的反常磁矩。

2001年，布魯克海文國家實驗室（BNL）的團隊首次發布了g因子的高精度測量結果。他們的測量值比當時標準模型預測的值要高。而當實驗與理論得出的結果不一致時，就意味著可能存在新物理。盡管他們的發現在當時引起了巨大的轟動，但他們還無法確認這一結果，因為測量結果的置信度為3西格瑪，而科學發現的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”需(xū)要(yào)達(dá)到(dào)5西(xi)格(gé)瑪(mǎ)。因(yīn)此(cǐ)，物(wù)理(lǐ)學(xué)家(jiā)決(jué)定(dìng)升(shēng)級(jí)繆(móu)子(zi)g-2實(shí)驗(yàn)。

2013年(nián)，物(wù)理(lǐ)學(xué)家(jiā)將(jiāng)布(bù)魯(lǔ)克(kè)海(hǎi)文國(guó)家(jiā)實(shí)驗(yàn)室(shì)使用的超導磁鐵儲存環運送到了伊利諾伊州的費米實驗室。經過多年的重大升級和改造，費米實驗室的新一輪g-2實驗於2017年5月31日正式啟動。到了2021年，費米實驗室的團隊公布了第一輪實驗結果，確認了布魯克海文國家實驗室早期的實驗結果：實驗測量值與理論值之間確實存在差異。

2023年，實驗合作組基於2019–2020年數據發布了第二輪結果，其精度達到第一輪的兩倍。現在，他們又發布了最終的測量結果，與2021年和(hé)2023年的結果高度一致，並且測量精度達到了一千萬分之一點二七，超越了原定的目標。這是實驗上的巨大勝利。

布魯克海文國家實驗室和費米實驗室的幾輪實驗結果。圖源：繆子g-2實驗合作組

既然最終的結果也確認了先前的實驗，那是否意味著糖心免费视频發現了“新物理”的證據？

可惜的是並沒有，因為在探索的過(guò)程(chéng)中(zhōng)，並(bìng)非(fēi)隻(zhǐ)有(yǒu)實(shí)驗(yàn)在(zài)進(jìn)步(bù)，理(lǐ)論(lùn)界(jiè)也(yě)在(zài)進(jìn)步(bù)。對(duì)繆(móu)子(zi)反(fǎn)常(cháng)磁(cí)矩(ju)的(de)預(yù)測(cè)實(shí)際(jì)上(shàng)非(fēi)常(cháng)複(fù)雜(zá)，因(yīn)為(wèi)在(zài)計(jì)算(suàn)過(guò)程(chéng)中(zhōng)需(xū)要(yào)考(kǎo)慮(lǜ)到(dào)標(biāo)準(zhǔn)模(mó)型(xíng)所(suǒ)允(yǔn)許(xǔ)的所有虛粒子組合。

目前計算反常磁矩的理論方法有兩種：一種是數據驅動法，另一種是格點量子色動力學。之前大家普遍采用的數據驅動方法一直是公認的標準，它預測出的反常磁矩值比實驗測到的值偏低。相比之下，用格點量子色動力學算出的值要高一些，更接近實驗值。

物理學家逐漸發現數據驅動法出現了不一致的問題，使它開始受到質疑，轉而對格點量子色動力學的方法越來越有信心。在實驗結果公布前，一個名為“繆子g-2理論倡議”的團隊發表了最新的值。在這次的更新中，他們決定隻采用格點量子色動力學的結果來取平均值。最終，他們給出的理論預測值為0.00116592033，與費米實驗室的結果（即0.001165920705）在誤差範圍內是一致的。也就是說：“理論和實驗終於對上了”。

就目前來看，繆子g-2之謎似乎已經塵埃落定：實驗與理論之間不再存在顯著差異，糖心免费视频並不需要借助“新物理”來解釋這個現象，標準模型再次經受住了嚴格的檢驗。

這無疑是一項巨大的成就。但對於那些渴望揭開宇宙更深奧秘密的物理學家來說，這個結果也多少帶著些失落：糖心免费视频並沒有在這條道路上發現通往“新物理”的入口。

不過，科學探索從不是一次性的成功或失敗，而是一場不斷逼近真理的旅程。今天的確認，可能隻是明天疑問的序章。也許，在下一個(gè)十年，在另一個粒子的某個精確測量中，“新物理”的蛛絲馬跡會悄然浮現。

本文為·創作培育計劃扶持作品

作者：張重 東南大學物理學博士後

審核：羅會仟 中科院物理所 研究員

出品：中國科協科普部

監製：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司