2021年4月7日，美國的費米科學(xué)實(shí)驗室公布了他們有關(guān)繆子反常磁距測量的第一批實(shí)驗數據，根據數據顯示，他們將繆子反常磁距的實(shí)驗數據與理論預測的偏差，提高到了前所未有的4.2σ，而這一精度，則可能預示著(zhù)新物理的出現。所以這對于基礎科學(xué)來(lái)說(shuō)，將是一個(gè)無(wú)比震驚的消息。

費米實(shí)驗室的g-2（反常磁矩）測量設備

為什么說(shuō)這次的發(fā)現可以轟動(dòng)科學(xué)界呢？

現在我們的基礎科學(xué)是基于愛(ài)因斯坦的廣義相對論和粒子物理的標準模型，廣義相對論可以帶領(lǐng)我們了解宇宙大尺度的宏觀(guān)現象，而標準模型，則描述的是微觀(guān)層面的粒子世界！在這兩大基石的加持下，我們對宇宙的本質(zhì)，便逐漸有了更加清晰的了解，像中子星、黑洞這些極端天體的發(fā)現，以及量子糾纏這樣鬼魅般的量子現象，這些都是我們基于兩大基石，對世界本質(zhì)的認識！

然而隨著(zhù)探索的逐漸加深，兩大基石也逐漸出現了不足。像暗物質(zhì)和暗能量，它們就是凌駕于如今的理論之外，還有正反物質(zhì)對稱(chēng)破缺、引力量子化以及黑洞內部這些，它們一個(gè)個(gè)就像一道壁壘，擋住了我們前進(jìn)的步伐，而要想通過(guò)這些壁壘，我們則須要一套全新的物理理論！

可是在突破的進(jìn)程中呢，我們卻遇到了困難！

因為，標準模型太強大了！它的預測幾乎解釋了目前我們所有的實(shí)驗數據，也就是說(shuō)，我們所做的實(shí)驗，幾乎都是在標準模型的預測之內，所以這就導致了，我們無(wú)法得到超越標準模型之外的數據，所以也就無(wú)法觸及到全新的物理機制！

那這個(gè)要怎么辦呢？

一個(gè)，要么是建造更加強大的實(shí)驗設備（比如能量更高的對撞機），利用強大的設備，去尋找超越標準模型之外的數據！再一個(gè)，就是在已有的設備中，繼續做實(shí)驗，尋找那不可能的機會(huì )！

建造更加強大的設備，是個(gè)不易之事！且不說(shuō)巨額花費以及人力，光就建造之前，反對的聲音，就先是一個(gè)很大的阻礙。所以要想利用強大的設備，就目前來(lái)看，還很渺茫！

所以，在沒(méi)有強大的設備之前，現在我們只能在已有的設備中，尋找這個(gè)超越標準模型的奇跡。

這個(gè)，便是這次研究所做的事！

那這次的研究到底做了什么呢？

在開(kāi)頭我們曾提到，這次的研究是測量了繆子的反常磁距！

在標準模型中，總共存在著(zhù)62種基本粒子，它們被分為了兩大類(lèi)，即費米子和玻色子！費米子是組成物質(zhì)結構的一種基本粒子，是它們構造了我們的世界！而玻色子則是傳遞四種相互作用力的一種粒子！

費米子呢，包含輕子和夸克兩類(lèi)，輕子有電子和中微子，而夸克則有上夸克和下夸克，輕子和夸克能量的不同，則存在3個(gè)世代！

1代最穩定，所以構成世界物質(zhì)的粒子，也都是由這一代完成。而2代和3代，是極不穩定的一類(lèi)，它們誕生之后，存活的時(shí)間不長(cháng)，往往會(huì )衰變?yōu)檩^輕一類(lèi)。而繆子則是處于2代，比電子能量高的一類(lèi)輕子，所以有時(shí)也稱(chēng)它為重電子！在除過(guò)質(zhì)量之外呢，它有著(zhù)和電子幾乎相同的物理性質(zhì)，像相同的電荷以及相同的自旋！

根據標準模型的描述，基本粒子都具有自旋，那么具有電荷的粒子則存在磁距，所以像電子和繆子這樣的粒子，它們就存在著(zhù)內稟磁距，而存在磁距，則就意味著(zhù)，當它們在磁場(chǎng)中運動(dòng)時(shí)，會(huì )存在進(jìn)動(dòng)，就像陀螺那樣的擺動(dòng)！進(jìn)動(dòng)頻率的大小則是由磁距的大小決定，所以通過(guò)測量這個(gè)進(jìn)動(dòng)頻率的大小便可確定其磁距！

可當實(shí)際測量時(shí)，你會(huì )發(fā)現，實(shí)驗數據與理論預測不符，它們存在偏差！這個(gè)便是反常磁矩，而對這一偏離的現象，標準模型則給出了完美的解釋?zhuān)?/p>

• 在實(shí)驗中，我們測得的數值會(huì )受到量子效應的影響！根據標準模型，我們所說(shuō)的真空并不是空無(wú)一物，它還存在虛粒子，虛粒子產(chǎn)生后雖然會(huì )很快湮滅，但它的出現會(huì )影響到粒子周?chē)臅r(shí)空結構，使得粒子的磁矩發(fā)生微小的改變！所以加上標準模型預測的量子效應干擾后，理論預測則與實(shí)驗數值，完美相符！

比如電子的磁矩在考慮了量子效應之后，其g因子的理論預測是為2.002319304362，而實(shí)驗測定的值則為2.002319304361，兩個(gè)數值在小數點(diǎn)后11位，都是相等，所以足見(jiàn)標準模型強大的恐怖。

但在大約20年前呢，當我們去測量繆子的反常磁矩時(shí)，卻驚奇的發(fā)現：標準模型的預測值和實(shí)驗值卻出現了偏差，雖然這個(gè)偏差很小，還不足以達到科學(xué)界5倍標準方差的認定標準，但這卻讓科學(xué)家看到了新物理出現的跡象，偏離標準模型的反常磁矩，說(shuō)明它的背后，存在著(zhù)標準模型無(wú)法解釋的物理機制，而這個(gè)物理機制，便是我們苦苦尋找的全新物理！

所以繆子，也便成為了尋找新物理的探針！

但若想讓繆子反常磁矩的理論預測和實(shí)驗偏差得到認定，必須要使實(shí)驗值達到5σ的標準偏差！

所以之后呢，科學(xué)界便開(kāi)始了精確測量繆子反常磁矩的路程！

自2017年開(kāi)始，費米實(shí)驗室便開(kāi)始了對繆子反常磁矩的精確測量，在測量的4年之后，第一批實(shí)驗數據是于2021年4月7日被公布，從公布的數據來(lái)看，理論計算g因子的結果是2.00233183620(86)，而實(shí)驗測量的結果是2.00233184080(82)，

這兩個(gè)數值，從小數點(diǎn)第8位開(kāi)始，便出現了不同！

這個(gè)精度，使得偏差達到了前所未有的4.2σ，雖然還未達到5的證認標準，但卻已足夠令科學(xué)界為之瘋狂

在這個(gè)已有幾十年沒(méi)有重大發(fā)現的基礎物理中，它就像一縷甘泉，讓我們即將干枯的科學(xué)看到了曙光！雖然現在我們還無(wú)法知道這個(gè)新物理是什么，但只要觸及到，我們終歸會(huì )了解！

好了，這個(gè)就是對本次研究的大致解讀，那本期就到這里了，我是騰寶，一個(gè)熱愛(ài)科學(xué)和天文的科普創(chuàng )作者，還希望大家多多關(guān)注與支持，我們下期再見(jiàn)，謝謝大家