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科学研究：μ子磁矩测量更精确结果发布，它能突破标准模型吗？
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科学研究：μ子磁矩测量更精确结果发布，它能突破标准模型吗？
研究人员在螺线管装置中安装探针。图片来源：Argonne National Laboratory
美国阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）和费米国家加速器实验室（Fermi National Accelerator Laboratory）领导的 μ 子 g-2 合作组织发布了最新测量结果，结论与标准模型的预测值存在显著差距。
g值（g-factor）是描述粒子磁场强度与其和质量间关系的量,μ子g值根据理论预测约为-2.002，其与-2的差值称作g-2，这一部分即为其磁场偏离其本身偶极矩的部分，由一些量子电动力学作用所导致，也被称作异常磁矩（anomalous magnetic moment）。早在2001年，美国布鲁克黑文国家实验室（Brookhaven National Laboratory，BNL）公布的μ子g-2测量值就与标准模型所预测的理论值存在一定差异，但其测量不确定度较大。物理学界以5σ（sigma）作为确认一项物理发现置信度的标准，而此次实验g-2测量值相比理论值的偏差仅为3.7σ，不足以作为新物理发现的证据。
图片来源：pixabay
最新一次测量则更为精确。团队使用费米实验室的粒子加速器大量产生μ子，并开发了一个包含8000张激光切割铁箔的系统来产生尽可能均匀的磁场，以及具有相对精度达到十亿分之15的校准探针，以对μ子在磁场中的进动率进行精确测量。到目前为止，已经得到分析的实验数据仅占总量的6%，而其g-2精度就已经与BNL实验的精度相当，并且结果与标准模型预测值存在差异。后续数据分析工作将大大降低不确定性，显示实验结果与原有理论之间的真正差异，为新的物理、甚至可能存在的未知粒子的研究带来希望。有关此项研究的数篇论文发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）和《物理评论A》（Physical Review A）。
而近期另一个国际团队也对μ子的g-2值重新进行了理论预测，利用量子色动力学（QCD）和量子电动力学模拟，对前导强子真空极化（LO-HVP）的效应对μ子g-2值的贡献进行了计算，以修正理论预测值，该效应被认为是主要的误差来源。研究团队在欧洲的多个超级计算机中心花费了数亿个CPU小时进行运算，所得到的结果相比之前使用色散关系获得的预测值更偏向于 BNL 实验结果。如果理论与实验的进一步交叉研究证实这一理论，可能将完全解释 μ 子磁矩——遵循标准模型，而不需要任何新的物理学介入。
图片来源：pixabay
根据发表在《自然》（Nature）新闻栏目的一篇报道，μ子g-2合作组织正忙于分析最新数据，以将误差降低到目前水平的四分之一。研究结果将告诉我们，μ 子磁矩究竟是符合标准模型理论解释，还是与标准模型之外的新粒子或新机制有关。而在得出结论之前，团队并不会偏向任何一种解释。
翻译：武大可
审校：戚译引
引进来源：eurekalert.org
本文来自：环球科学
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研究人员在螺线管装置中安装探针。图片来源：Argonne National Laboratory
美国阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）和费米国家加速器实验室（Fermi National Accelerator Laboratory）领导的 μ 子 g-2 合作组织发布了最新测量结果，结论与标准模型的预测值存在显著差距。
g值（g-factor）是描述粒子磁场强度与其和质量间关系的量,μ子g值根据理论预测约为-2.002，其与-2的差值称作g-2，这一部分即为其磁场偏离其本身偶极矩的部分，由一些量子电动力学作用所导致，也被称作异常磁矩（anomalous magnetic moment）。早在2001年，美国布鲁克黑文国家实验室（Brookhaven National Laboratory，BNL）公布的μ子g-2测量值就与标准模型所预测的理论值存在一定差异，但其测量不确定度较大。物理学界以5σ（sigma）作为确认一项物理发现置信度的标准，而此次实验g-2测量值相比理论值的偏差仅为3.7σ，不足以作为新物理发现的证据。
图片来源：pixabay
最新一次测量则更为精确。团队使用费米实验室的粒子加速器大量产生μ子，并开发了一个包含8000张激光切割铁箔的系统来产生尽可能均匀的磁场，以及具有相对精度达到十亿分之15的校准探针，以对μ子在磁场中的进动率进行精确测量。到目前为止，已经得到分析的实验数据仅占总量的6%，而其g-2精度就已经与BNL实验的精度相当，并且结果与标准模型预测值存在差异。后续数据分析工作将大大降低不确定性，显示实验结果与原有理论之间的真正差异，为新的物理、甚至可能存在的未知粒子的研究带来希望。有关此项研究的数篇论文发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）和《物理评论A》（Physical Review A）。
而近期另一个国际团队也对μ子的g-2值重新进行了理论预测，利用量子色动力学（QCD）和量子电动力学模拟，对前导强子真空极化（LO-HVP）的效应对μ子g-2值的贡献进行了计算，以修正理论预测值，该效应被认为是主要的误差来源。研究团队在欧洲的多个超级计算机中心花费了数亿个CPU小时进行运算，所得到的结果相比之前使用色散关系获得的预测值更偏向于 BNL 实验结果。如果理论与实验的进一步交叉研究证实这一理论，可能将完全解释 μ 子磁矩——遵循标准模型，而不需要任何新的物理学介入。
图片来源：pixabay
根据发表在《自然》（Nature）新闻栏目的一篇报道，μ子g-2合作组织正忙于分析最新数据，以将误差降低到目前水平的四分之一。研究结果将告诉我们，μ 子磁矩究竟是符合标准模型理论解释，还是与标准模型之外的新粒子或新机制有关。而在得出结论之前，团队并不会偏向任何一种解释。
翻译：武大可
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