东方时讯网物理学家现在对μ子的一种称为反常磁矩的特性有了全新的测量，该测量将之前结果的精度提高了2倍。美国能源部费米国家加速器实验室从事Muong-2实验的科学家国际合作于8月10日宣布了备受期待的更新测量结果。这一新值支持了他们在2021年4月宣布的第一个结果，并建立了理论与实验之间酝酿了20多年的对决。
费米实验室高级科学家布伦丹·凯西(BrendanCasey)表示：“我们确实在探索新领域。我们正在以前所未有的精度确定μ子磁矩。”2008年。
物理学家用称为标准模型的理论描述了宇宙在最基本层面上的运作方式。通过根据标准模型进行预测并将其与实验结果进行比较，物理学家可以辨别该理论是否完整，或者是否存在超出标准模型的物理学。
μ子是类似于电子的基本粒子，但质量约为电子的200倍。与电子一样，μ子也有一个微小的内部磁铁，在磁场存在的情况下，它会像陀螺的轴一样进动或摆动。给定磁场中的进动速度取决于μ子磁矩，通常用字母g表示;在最简单的层面上，理论预测g应等于2。
g与2(或g减2)的差异可归因于μ子与周围量子泡沫中粒子的相互作用。这些粒子忽隐忽现，就像亚原子的“舞伴”一样，抓住μ子的“手”，改变μ子与磁场相互作用的方式。标准模型包含所有已知的“舞伴”粒子，并预测量子泡沫如何改变g。
但可能还有更多。物理学家对可能存在尚未发现的粒子感到兴奋，这些粒子有助于g-2的值，并将打开探索新物理学的窗口。
Muong-2合作机构公布的基于前三年数据的新实验结果是：
g-2=0.00233184110+/-0.00000000043(统计)+/-0.00000000019(系统)
g-2的测量精度相当于百万分之0.20。Muong-2合作团队在今天提交给《物理评论快报》的一篇论文中描述了这一结果。
这段七分钟的视频提供了有关muon和Muong-2合作的新结果的更多信息。
通过这种测量，合作已经达到了减少一种特定类型的不确定性的目标：由实验缺陷引起的不确定性，称为系统不确定性。
Muong-2合作项目联合发言人彼得·温特(PeterWinter)表示：“这项测量是一项令人难以置信的实验成就。”“将系统性不确定性降低到这个水平是一件大事，也是我们没想到这么快就能实现的。”
虽然总的系统不确定性已经超过了设计目标，但更大的不确定性——统计不确定性——是由分析的数据量驱动的。今天公布的结果在第一个结果的基础上又增加了两年的数据。一旦科学家将所有六年的数据纳入分析中，费米实验室的实验将达到最终的统计不确定性，此次合作的目标是在未来几年内完成。
为了进行测量，Muong-2合作团队反复将一束μ子发送到直径50英尺的超导磁存储环中，它们在其中以接近光速的速度循环约1,000次。环内排列的探测器使科学家能够确定μ介子的进动速度。物理学家还必须精确测量磁场强度，然后确定g-2的值。
费米实验室实验重复使用了最初为美国能源部布鲁克海文国家实验室2001年结束的前身Muong-2实验建造的存储环。2013年，双方合作将存储环从纽约长岛运送到了3,200英里外的诺伊州巴达维亚。
在接下来的四年里，双方合作通过改进的技术、仪器和模拟来完成实验。费米实验室实验的主要目标是与布鲁克海文结果相比，将g-2的不确定性降低四倍。
比萨意大利国家核物理研究所附属利物浦大学教授、Muong-2实验联合发言人GrazianoVenanzoni表示：“我们的新测量非常令人兴奋，因为它使我们远远超出了布鲁克海文的敏感度。”在费米实验室。
除了更大的数据集之外，最新的g-2测量还通过费米实验室实验本身的更新得到增强。“在获取数据的第一年以及第二年和第三年之间，我们改进了很多事情，”凯西说，他最近结束了与韦南佐尼联合发言人的任期。“我们不断地让实验变得更好。”
该实验在最后三年的数据采集中“真正全力以赴”，并于2023年7月9日结束。就在那时，合作伙伴关闭了μ子束，在六年的数据收集后结束了实验。他们达到了收集超过Brookhaven数据集21倍大小的数据集的目标。
物理学家可以以令人难以置信的精度计算已知标准模型“舞伴”对μ子g-2的影响。计算考虑了电磁力、弱核力和强核力，包括光子、电子、夸克、胶子、中微子、W和Z玻色子以及希格斯玻色子。如果标准模型是正确的，那么这种超精确的预测应该与实验测量相匹配。
计算μ子g-2的标准模型预测非常具有挑战性。2020年，Muong-2理论计划宣布了当时可用的muong-2最佳标准模型预测。但是，对用于预测的数据进行的新实验测量以及基于不同理论方法(晶格规范理论)的新计算与2020年的计算存在矛盾。Muong-2理论计划的科学家们的目标是在未来几年内提供一种新的、改进的预测，同时考虑这两种理论方法。
Muong-2合作项目由来自7个国家34个机构的近200名科学家组成，其中包括迄今为止因实验工作而获得博士学位的近40名学生。合作者现在将在接下来的几年里分析最后三年的数据。“我们预计完成后精度会再提高两倍，”韦南佐尼说。
此次合作预计在2025年发布最终、最精确的μ子磁矩测量结果，从而开启标准模型理论与实验之间的最终对决。在那之前，物理学家对μ子g-2有了一种新的、改进的测量方法，这是朝着最终物理目标迈出的重要一步。