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科學研究：μ子磁矩測量更精確結果發布，它能突破標準模型嗎？
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科學研究：μ子磁矩測量更精確結果發布，它能突破標準模型嗎？
研究人員在螺線管裝置中安裝探針。圖片來源：Argonne National Laboratory
美國阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）和費米國家加速器實驗室（Fermi National Accelerator Laboratory）領導的 μ 子 g-2 合作組織發布了最新測量結果，結論與標準模型的預測值存在顯著差距。
g值（g-factor）是描述粒子磁場強度與其和質量間關係的量,μ子g值根據理論預測約為-2.002，其與-2的差值稱作g-2，這一部分即為其磁場偏離其本身偶極矩的部分，由一些量子電動力學作用所導致，也被稱作異常磁矩（anomalous magnetic moment）。早在2001年，美國布魯克黑文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory，BNL）公布的μ子g-2測量值就與標準模型所預測的理論值存在一定差異，但其測量不確定度較大。物理學界以5σ（sigma）作為確認一項物理發現置信度的標準，而此次實驗g-2測量值相比理論值的偏差僅為3.7σ，不足以作為新物理發現的證據。
圖片來源：pixabay
最新一次測量則更為精確。團隊使用費米實驗室的粒子加速器大量產生μ子，並開發了一個包含8000張激光切割鐵箔的係統來產生盡可能均勻的磁場，以及具有相對精度達到十億分之15的校準探針，以對μ子在磁場中的進動率進行精確測量。到目前為止，已經得到分析的實驗數據僅占總量的6%，而其g-2精度就已經與BNL實驗的精度相當，並且結果與標準模型預測值存在差異。後續數據分析工作將大大降低不確定性，顯示實驗結果與原有理論之間的真正差異，為新的物理、甚至可能存在的未知粒子的研究帶來希望。有關此項研究的數篇論文發表於《物理評論快報》（Physical Review Letters）和《物理評論A》（Physical Review A）。
而近期另一個國際團隊也對μ子的g-2值重新進行了理論預測，利用量子色動力學（QCD）和量子電動力學模擬，對前導強子真空極化（LO-HVP）的效應對μ子g-2值的貢獻進行了計算，以修正理論預測值，該效應被認為是主要的誤差來源。研究團隊在歐洲的多個超級計算機中心花費了數億個CPU小時進行運算，所得到的結果相比之前使用色散關係獲得的預測值更偏向於 BNL 實驗結果。如果理論與實驗的進一步交叉研究證實這一理論，可能將完全解釋 μ 子磁矩——遵循標準模型，而不需要任何新的物理學介入。
圖片來源：pixabay
根據發表在《自然》（Nature）新聞欄目的一篇報道，μ子g-2合作組織正忙於分析最新數據，以將誤差降低到目前水平的四分之一。研究結果將告訴我們，μ 子磁矩究竟是符合標準模型理論解釋，還是與標準模型之外的新粒子或新機製有關。而在得出結論之前，團隊並不會偏向任何一種解釋。
翻譯：武大可
審校：戚譯引
引進來源：eurekalert.org
本文來自：環球科學
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研究人員在螺線管裝置中安裝探針。圖片來源：Argonne National Laboratory
美國阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）和費米國家加速器實驗室（Fermi National Accelerator Laboratory）領導的 μ 子 g-2 合作組織發布了最新測量結果，結論與標準模型的預測值存在顯著差距。
g值（g-factor）是描述粒子磁場強度與其和質量間關係的量,μ子g值根據理論預測約為-2.002，其與-2的差值稱作g-2，這一部分即為其磁場偏離其本身偶極矩的部分，由一些量子電動力學作用所導致，也被稱作異常磁矩（anomalous magnetic moment）。早在2001年，美國布魯克黑文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory，BNL）公布的μ子g-2測量值就與標準模型所預測的理論值存在一定差異，但其測量不確定度較大。物理學界以5σ（sigma）作為確認一項物理發現置信度的標準，而此次實驗g-2測量值相比理論值的偏差僅為3.7σ，不足以作為新物理發現的證據。
圖片來源：pixabay
最新一次測量則更為精確。團隊使用費米實驗室的粒子加速器大量產生μ子，並開發了一個包含8000張激光切割鐵箔的係統來產生盡可能均勻的磁場，以及具有相對精度達到十億分之15的校準探針，以對μ子在磁場中的進動率進行精確測量。到目前為止，已經得到分析的實驗數據僅占總量的6%，而其g-2精度就已經與BNL實驗的精度相當，並且結果與標準模型預測值存在差異。後續數據分析工作將大大降低不確定性，顯示實驗結果與原有理論之間的真正差異，為新的物理、甚至可能存在的未知粒子的研究帶來希望。有關此項研究的數篇論文發表於《物理評論快報》（Physical Review Letters）和《物理評論A》（Physical Review A）。
而近期另一個國際團隊也對μ子的g-2值重新進行了理論預測，利用量子色動力學（QCD）和量子電動力學模擬，對前導強子真空極化（LO-HVP）的效應對μ子g-2值的貢獻進行了計算，以修正理論預測值，該效應被認為是主要的誤差來源。研究團隊在歐洲的多個超級計算機中心花費了數億個CPU小時進行運算，所得到的結果相比之前使用色散關係獲得的預測值更偏向於 BNL 實驗結果。如果理論與實驗的進一步交叉研究證實這一理論，可能將完全解釋 μ 子磁矩——遵循標準模型，而不需要任何新的物理學介入。
圖片來源：pixabay
根據發表在《自然》（Nature）新聞欄目的一篇報道，μ子g-2合作組織正忙於分析最新數據，以將誤差降低到目前水平的四分之一。研究結果將告訴我們，μ 子磁矩究竟是符合標準模型理論解釋，還是與標準模型之外的新粒子或新機製有關。而在得出結論之前，團隊並不會偏向任何一種解釋。
翻譯：武大可
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