科学家从美国能源部Muon G-2实验获得令人兴奋的新物理证据-科学探索-cnBeta.COM

据国外媒体报道,美国能源部费米国家加速器实验室(Fermi National Accelerator Laboratory)进行的期盼已久的g-2介子实验的第一个结果表明,被称为介子的基本粒子表现出了科学家最好的表现。 粒子物理学的标准模型:无法预测。 这一具有里程碑意义的结果以前所未有的精确度执行,证实了困扰研究人员数十年的差异。有充分的证据表明,介子偏离了标准模型的计算,这可能意味着令人兴奋的新物理学。作为通向亚原子世界的窗口,介子可以与未发现的粒子或力相互作用。

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μong-2实验的共同发言人,意大利国家研究所的物理学家格拉齐亚诺·韦南佐尼说:“今天对我们来说,不仅对我们来说,也是一个不平凡的一天,对整个国际物理界来说,也是期待已久的一天。” 核物理。 “我们的年轻研究人员功不可没,他们的才华,想法和热情使我们取得了令人难以置信的成就。”

介子的质量约为电子的200倍。 当宇宙射线撞击地球的大气层时,会自然产生μ子,费米实验室的粒子加速器会大量产生μ子。 像电子一样,介子的作用就像它们具有小的内部磁体一样。 在强磁场中,μ子磁体的方向将被预处理或摇摆,就像陀螺仪的旋转顶部或轴一样。 内部磁体的强度决定了μ子在外部磁场中的预处理速度,用数字来描述,物理学家将其称为g因子。 可以超高精度计算该数字。

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当介子在g-2介子磁体中循环时,它们还会与进入和流出的亚原子粒子的量子泡沫相互作用。 与这些短寿命粒子的相互作用将影响g因子值,从而使μon的前进速度非常快地加速或减速。 标准模型以极高的精度预测了这种所谓的异常磁矩。 但是,如果量子泡沫包含标准模型中未考虑的其他力或粒子,则将进一步调整介子的g因子。

“我们测量的数量反映了介子与宇宙中所有其他事物的相互作用。但是,当理论家使用标准模型中的所有已知力和粒子来计算相同数量时,我们得到的答案将有所不同,” μ子g-2实验的肯塔基州物理学家和模拟主管。 “这是有力的证据,表明介子对我们最好的理论中没有的事物很敏感。”

美国能源部布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)的先前实验于2001年结束,该实验暗示μ子行为与标准模型不一致。 费米实验室的μong-2实验得出的新测量结果与布鲁克海文国家实验室的测量值非常一致,并且与迄今为止最准确的测量结果相矛盾。

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μ子的公认理论值是:

g系数:2.00233183620(86)

异常磁矩:0.00116591810(43)

[括号内为不确定性]

μong-2实验合作组织星期三宣布的新的全球平均实验结果是:

g系数:2.00233184122(82)

异常磁矩:0.00116592061(41)

费米实验室和布鲁克海文国家实验室的综合结果表明,该理论的显着差异为4.2西格玛,略小于科学家声称的发现所需的5西格玛(或标准差),但这仍然是一个新的物理学。证据。 结果是统计波动的概率约为40,000。

Fermilab实验重用了Brookhaven实验的主要组件,即直径50英尺的超导磁存储环。 2013年,它通过陆路和海路从长岛运输了3200英里到芝加哥郊区。 科学家可以使用费米实验室的粒子加速器来生产美国最强的μ子束。 在接下来的四年中,研究人员进行了实验。 他们调整并校准了难以置信的均匀磁场; 他们开发了新技术,仪器和模拟; 他们彻底测试了整个系统。

g-2介子实验将一堆介子送入存储环,在其中它们以接近光速的速度循环数千次。 环内的检测器使科学家能够确定μ子的预处理速率。

在2018年投入运营的第一年,费米实验室实验收集的数据超过了之前所有μμg因子实验的总和。 得益于来自7个国家/地区的35个机构的200多名科学家的合作,μ子g-2实验已经完成了对首次运行的80亿μ子的运动分析。

费米实验室的科学家克里斯·波利(Chris Polly)说:“布鲁克海文实验20年后,这个谜团终于解决了。这是非常有益的。” 他是本实验的共同主持人,布鲁克也是。 Haven Labs的主要研究生。

实验的第二和第三轮正在进行数据分析,第四轮正在进行中,第五轮也已计划中。 通过结合这五个运行的结果,科学家将对μ子运动进行更精确的测量,并更加确定性地揭示出量子泡沫中是否隐藏了新的物理学。

“到目前为止,我们分析的数据还不到实验中收集到的数据的6%。尽管这些初步结果告诉我们,与标准模型有一些有趣的差异,但我们将在未来几年中学到更多。” 波莉说。

费米实验室研究副主任乔·莱克肯说:“阻挡μ子的微妙行为是一项了不起的成就,它将在未来的数年中引导人们对物理进行超越标准模型的研究。” “这是粒子物理学研究的激动人心的时刻,费米实验室处于前沿。”

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