摘要：然而，多少令人有些失望的是，该测量结果与标准模型（Standard Model）高度吻合。这意味着，正如一些人所希望的那样，它可能并未隐藏任何奇异的新物理现象。

费米实验室（Fermilab）的物理学家们对有争议已久的一个数值 —— 一种名为μ子的基本粒子的磁性“摇摆” —— 进行了有史以来最精确的测量。

然而，多少令人有些失望的是，该测量结果与标准模型（Standard Model）高度吻合。这意味着，正如一些人所希望的那样，它可能并未隐藏任何奇异的新物理现象。

μ子与电子相似，但其质量大约是电子的207倍。理论上，μ子在磁场中的运动方式应该是高度可预测的，其特性可总结为一个称为旋磁比或g值的数值。

在一个简单的世界里，g值应该是一个干净利落的2。但当然，事情不会那么简单。μ子的磁性运动可谓异常现象，正如圆周率π略大于3一样，μ子的g因子似乎也略大于2。

略大多少？根据费米实验室μ子g-2实验的新结果，这个数值是0.001165920705。这一测量结果整合了粒子加速器实验六年多来收集的数据。

研究团队表示，这个最终数值的精确度达到了127 ppb（十亿分之127）。为了说明这种精度水平，研究人员打了个比方：如果你以同样的精确度测量美国的宽度，你甚至能判断出一粒沙子是否缺失。

但这项研究真正引人入胜的部分在于，它仍然为解释这种异常磁运动的新力或新粒子留下了一丝空间。

一个名为“μ子g-2理论倡议”的相关项目着手检验标准模型对该数值的预测。他们采用了比以往更广泛的数据集，其最新计算结果为0.00116592033。这与实验手段获得的值极为接近，意味着留给任何奇异新物理现象发挥作用的“摇摆”余地已微乎其微。

美国能源部高能物理办公室的实验物理学家雷吉娜·拉梅卡（Regina Rameika）表示：“μ子的反常磁矩（g–2）之所以重要，是因为它为粒子物理学的标准模型提供了一个灵敏的检验。这是一个激动人心的结果，看到一项实验以如此精确的测量画上句号，真是太好了。”

当μ子在磁场中旋转时，其磁极本应基本与磁场方向对齐。但事实并非如此 —— 相反，它会极其轻微地摆动，就像一个不平衡的陀螺。如果这种摆动特别剧烈，可能意味着μ子受到了看不见的未知粒子的推动。

真空并非真正“空无一物” —— 由于量子涨落，成对的虚粒子（virtual particles）不断地瞬间产生和湮灭。这些现实世界的短暂“闯入者”会以各种方式影响附近的其他粒子。

由于其相对较大的质量，μ子对虚粒子的影响尤为敏感。因此，通过精确测量μ子摆动超出预期范围的程度，物理学家可以计算出这些神秘虚粒子的属性，从而有可能开启超越标准模型的新物理领域。假想的解释可能包括暗光子或超对称性。

几十年来，μ子的g因子一直是物理学家们心中一个迷人却又棘手的问题。早在2001年，首个版本的μ子g-2实验就揭示了理论与实践的显著差异，暗示着异常的存在。

此后的几十年里，进一步的实验带来了日益精确的测量，同时计算标准模型预测的技术也在同步改进。然而，两者之间始终存在差异。

当前版本的μ子g-2实验于2018年启动，每年都进行新一轮实验，直至2023年。前三次实验运行的数据分两批发布，每批数据似乎都越来越指向新物理的存在。

而这次最新的测量整合了全部六轮实验的数据，其数据集是上次发布时所用数据的三倍多。这些数据不仅数量更多，质量也更高，得益于对设备进行的改进。

对于那些希望在物理教科书上增添新章节的人来说，遗憾的是，在这种情况下，一切似乎都符合预期。但这并非意味着我们已知晓一切 —— 暗物质甚至引力尚未纳入标准模型，因此仍有大量未解之谜等待填补。

该研究已提交至《物理评论快报》期刊，并可在预印本服务器arXiv上查阅。

来源：知新了了一点号