μ 子的行为可能不会如预期的那样。但科学家们无法就预期结果达成一致。
Muon g−2 实验的研究人员 8 月 10 日在费米实验室主办的研讨会上报告称，通过评估亚原子粒子在磁场中的摆动方式，物理学家比以往任何时候都更精确地确定了 μ 子内部磁体的特性。病态的巴达维亚。
之前对 μ 子磁性的测量与理论预测并不相符。这些预测来自有史以来最重要、最经过仔细检验的科学理论之一，即粒子物理学的标准模型，它描述了亚原子粒子以及束缚它们的力。
许多物理学家希望 μ 介子的差异可能暗示着这一坚定理论的缺陷，从而可以更好地理解宇宙。但最近的一些科学惊喜扰乱了 μ 介子微小磁体强度的理论预测，使得人们更难知道测量结果是否指向新的物理学或预测中尚未解决的问题。
μ 子磁性的测量长期以来一直暗示着未知粒子
μ 子与电子属于同一粒子族，但质量约为电子的 200 倍。这些短命粒子的行为就像微型磁铁，每个粒子都有自己的磁场。该磁铁的强度是通过量子物理学的奇怪效应来调整的。真空中充满了不断出现的粒子，这些粒子在消失之前会暂时出现。它们被称为“虚拟”粒子，具有非常真实的效果。这些瞬态粒子改变 μ 子磁体强度的程度可以根据标准模型计算得出。
这种调整的精确值——被称为反常磁矩，或物理方程中的“g−2”——令物理学家感到困惑。
令人着迷的是，科学未知的粒子可能会改变科学家测量的 g−2 值。因此，之前关于与标准模型预测不一致的暗示在物理学家中引起了轩然大波。
“我们测量的 μ 子行为受到宇宙中所有力和粒子的影响，”西雅图华盛顿大学物理学家、μ 子 g−2 研究员 Brynn MacCoy 说。“它基本上为我们提供了了解宇宙如何运作的直接窗口。”
g−2 的预测和测量之间不匹配的第一个迹象来自于纽约州厄普顿布鲁克海文国家实验室的一项实验，该实验于二十多年前完成（ 序列号: 2/15/01）。然后在 2021 年，费米实验室的 Muon g−2 实验报告了其第一个结果，证实了这一差异（ 序列号：4/7/21）。
研究人员在费米实验室研讨会上以及 8 月 10 日发布在 Muon g−2 合作网站上的一篇论文中报告说，现在，Muon g−2 在更新的磁性测量中的精度提高了一倍。
芝加哥大学的物理学家卡洛斯·瓦格纳（Carlos Wagner）没有参与这项实验，他说：“达到这种精确度确实是前所未有的，令人印象深刻。”“我只是感到敬畏。”新的测量包含的数据是前一个测量的四倍，此外还有其他提高精度的改进。
科学家的目标是将测量值与标准模型预测进行比较。但确定标准模型到底预测什么是很复杂的。
计算 g−2 的值有一个棘手的步骤
2020 年，经过深思熟虑，一群名为 Muon g−2 理论倡议的理论物理学家达成了一致预测，他们可以与测量结果进行比较。但从那时起，其他实验和理论计算中出现了新的、相互矛盾的信息，详细信息见 8 月 9 日发布在 Muon g−2 理论计划网站上的一份声明。这些信息使预测变得不确定。
康涅狄格大学斯托斯分校的理论物理学家汤姆·布鲁姆表示：“目前还无法进行比较并判断标准模型是否与实验相符。”
这种混乱取决于 g−2 计算中一个特别具有挑战性的部分。它被称为强子真空极化，是指 μ 子发射的虚拟光子分裂成夸克及其反物质伙伴（反夸克）所产生的调整。夸克是一类粒子，组成更大的粒子，称为强子，包括质子和中子。夸克和反夸克相互作用，然后湮灭回虚光子。
科学家们提出了两种计算强子真空极化项的主要方法。传统的方法涉及使用某些实验数据作为计算的输入。这些数据来自测量电子及其反物质粒子、正电子如何碰撞并产生强子的实验。这些实验的结果被认为是很好理解的。
但研究人员二月份在 arXiv.org 上报道称，最近在俄罗斯新西伯利亚的 VEPP-2000 粒子对撞机上进行的 CMD-3 实验与其他实验不一致。如果这个异常值是正确的，那就表明 μ 子测量与预测之间不一致的迹象可能比想象的要弱。
估计棘手的强子真空极化项的第二种方法是使用一种称为晶格量子色动力学的方法。该技术涉及以数学方式将时空分割成网格，以使计算更容易处理。直到最近，科学家们才设法使此类计算足够精确，以进行有用的比较。
2021 年，一个绰号为“BMW”的小组发表了他们对强子真空极化贡献的计算 自然 。该估计表明 g−2 的预测和测量之间更加协调，并且不同意数据驱动的方法。但该技术需要确认。从那时起，其他科学家也进行了自己的晶格计算，以检查宝马结果的一部分。这些团队获得了与宝马相似的结果，增强了人们对格子法的信心。
现在的重点已经从审查实验测量转向分析不同理论技术之间的分歧。
“实验已经成功，”英国利物浦大学的理论物理学家 Thomas Teubner（Muon g−2 合作项目的成员）说道。他说，现在，要弄清楚 μ 子是否符合标准模型或破解它，这取决于理论物理学家。“我们必须把我们的房子收拾好。”
