苗子的异常磁矩实验或颠覆标准模型理论

庙子异常磁矩存储环的俯视图。 资料来源:费米实验室

最近,在美国费米国家实验室进行的Muon g-2异常磁矩实验宣布了第一个结果:元素粒子Muon的行为与标准模型理论的预测不符。 这个结果与早期的美国布鲁克海文实验是一致的,实验室实验的结果也是一致的。 这表明世界上可能有新的粒子或未知的力量。

“这意味着经过大量测试,完美的标准模型理论可能无法完全描述粒子世界的定律,并且可能有更多完美的理论在等着人类发现。” 苗子异常磁矩实验的早期成员1.上海交通大学物理与天文学院教授李亮对《中国科学》杂志说。

  粒子物理学中的重要时刻

“今天是美好的一天。我们不仅期待着这一天,而且整个国际体育界也期待着这一天。” 4月7日,物理学家,异常磁矩实验的共同发言人苗子在宣布木子异常磁矩实验的结果时告诉意大利核物理研究所的格拉齐亚诺·韦南佐尼。

当宇宙射线穿透地球的大气层时,自然会产生木子,人们也可以使用粒子加速器(例如费米实验室的质子加速器)来产生大量的μ子。 像电子一样,木子也具有固有的磁矩。 在外部磁场作用下,木子的磁矩方向会像旋陀螺一样旋进或颤动。 木子的固有磁矩决定了木子进动的频率。 物理学家将两者之间的关系称为“旋磁关系”(也称为g因子),并且可以通过理论精确地计算出该关系。 同时,当木子在磁场中旋转时,它也会在时间和空间的最深处与起伏的量子泡沫相互作用。 这些短暂的量子气泡(也称为“虚拟粒子”)将影响g因子,从而使Muzi进动的频率更快或更慢。

“粒子物理学的标准模型可以对这种异常磁矩的影响做出非常准确的预测。如果量子泡沫包含新的力或未知的粒子,则标准模型的预测将无效。” 由上海交通大学教务长任命的副教授之一徐金祥告诉《中国科学日报》。

费米实验室副主任乔·莱肯说:“妙子的超精密测量是一项了不起的成就。妙子的异常磁矩实验将为寻找超越标准模型的新物理提供指导。” “粒子物理世界的一个里程碑”。

  这将产生破坏性影响

“我们正在测量木子与周围世界之间的相互作用。当理论物理学家使用已知的标准模型来计算这种相互作用时,他们会得到不同的答案。” 肯塔基大学的物理学家,缪子异常磁矩模拟数据组主任Renee Fatami说:“这强烈暗示着现有理论之外还存在一些新事物,而缪子对此非常敏感。”

二十多年前,布鲁克海文实验室的研究人员发现了一些迹象,表明木子的行为不符合标准模型。

费米实验室和布鲁克海文实验室的综合测量结果与理论值相差4.2倍标准偏差,略小于5倍标准偏差。 这已经是非常有力的证据,统计错误的可能性仅为40,000。

“当前的测量值足以表明我们现有的标准模型理论只能是在特定情况下的近似理论。” 李亮说:“这意味着我们所处的空间可能有尚未被发现的新空间。粒子存在,或者有新的力量。在这个新发现之前,物理学的四种力量和“粒子的形式”物理世界已基本达成共识。一旦“发现”新发现的可能性,它将对粒子物理学和整个科学领域产生破坏性影响。”

爱因斯坦发现了相对论,它描述了物体在极高的速度和强大的引力场下的运动状态,当人类的视野扩展到太空后,它的价值就变得突出。 如果这一发现打破了现有的物理理论框架,也将对人类生活产生重大影响。

李亮说:“但是这种影响可能不会立即得到体现,这需要一段时间的发展和阐述。”

  寻找新物理学的信心

费米实验室的妙子异常磁矩实验是一个跨国合作项目,其国际合作小组目前由来自7个国家/地区的35个研究单位的约200名科研人员组成。

2012年,上海交通大学成立了苗子物理队,并参加了费米实验室的苗子异常磁矩实验。 在此过程中,上海交通大学的团队为热量计和束流测试的早期研发做出了重要贡献,后来为探测器仿真,束流动力学的优化和设计,事件重建,时间和能量做出了重要贡献校准和离线数据分析。 他还在实验的许多方面做出了杰出的贡献。 同时,它还从事精确磁场测量和校准的研究。 它是当前合作小组中参与各种测量任务的最全面的实验团队之一。

2013年,来自布鲁克海文实验室的50英尺(16米)超导存储环从纽约运到了芝加哥郊区的费米实验室。 在接下来的4年中,研究人员安装了各种实验设备。 调整并校准了非常均匀的磁场; 他们开发了新的检测技术,仪器和模拟程序; 他们彻底测试了整个系统。

2018年,庙子异常磁矩实验收集的数据量超过了之前所有实验的总和。 如今,妙子异常磁矩国际合作组已经分析了超过80亿个妙子的数据。

当数据分析的官方结果于今年2月25日发布时,来自世界各地的100多名成员参加了在线宣布结果的活动。 徐金祥说,当数据分析结果公布时,全世界听到了欢呼声。

“一年后,将宣布一批结果。” 徐金祥说:“正在进行第二,第三阶段的数据分析。周期运行。通过分析这五个周期的数据,科学家可以获得更准确的测量结果,因此对发现新的物理学更有信心。 “

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责编:赵清建 ]

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