2021年4月7日，美國(guó)的費(fèi)米科學(xué)實(shí)驗(yàn)室公布了他們有關(guān)繆子反常磁距測(cè)量的第一批實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，他們將繆子反常磁距的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論預(yù)測(cè)的偏差，提高到了前所未有的4.2σ，而這一精度，則可能預(yù)示著新物理的出現(xiàn)。所以這對(duì)于基礎(chǔ)科學(xué)來(lái)說(shuō)，將是一個(gè)無(wú)比震驚的消息。

費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的g-2（反常磁矩）測(cè)量設(shè)備

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

現(xiàn)在我們的基礎(chǔ)科學(xué)是基于愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論和粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型，廣義相對(duì)論可以帶領(lǐng)我們了解宇宙大尺度的宏觀現(xiàn)象，而標(biāo)準(zhǔn)模型，則描述的是微觀層面的粒子世界！在這兩大基石的加持下，我們對(duì)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(xiàn)，以及量子糾纏這樣鬼魅般的量子現(xiàn)象，這些都是我們基于兩大基石，對(duì)世界本質(zhì)的認(rèn)識(shí)！

然而隨著探索的逐漸加深，兩大基石也逐漸出現(xiàn)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(duì)稱破缺、引力量子化以及黑洞內(nèi)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?yàn)椋瑯?biāo)準(zhǔn)模型太強(qiáng)大了！它的預(yù)測(cè)幾乎解釋了目前我們所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)，我們所做的實(shí)驗(yàn)，幾乎都是在標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)之內(nèi)，所以這就導(dǎo)致了，我們無(wú)法得到超越標(biāo)準(zhǔn)模型之外的數(shù)據(jù)，所以也就無(wú)法觸及到全新的物理機(jī)制！

那這個(gè)要怎么辦呢？

一個(gè)，要么是建造更加強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)設(shè)備（比如能量更高的對(duì)撞機(jī)），利用強(qiáng)大的設(shè)備，去尋找超越標(biāo)準(zhǔn)模型之外的數(shù)據(jù)！再一個(gè)，就是在已有的設(shè)備中，繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)，尋找那不可能的機(jī)會(huì)！

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

所以，在沒(méi)有強(qiáng)大的設(shè)備之前，現(xiàn)在我們只能在已有的設(shè)備中，尋找這個(gè)超越標(biāo)準(zhǔn)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?cè)岬剑@次的研究是測(cè)量了繆子的反常磁距！

在標(biāo)準(zhǔn)模型中，總共存在著62種基本粒子，它們被分為了兩大類，即費(fèi)米子和玻色子！費(fèi)米子是組成物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一種基本粒子，是它們構(gòu)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(fèi)米子呢，包含輕子和夸克兩類，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(wěn)定，所以構(gòu)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(wěn)定的一類，它們誕生之后，存活的時(shí)間不長(zhǎng)，往往會(huì)衰變?yōu)檩^輕一類。而繆子則是處于2代，比電子能量高的一類輕子，所以有時(shí)也稱它為重電子！在除過(guò)質(zhì)量之外呢，它有著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(jù)標(biāo)準(zhǔn)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，它們就存在著內(nèi)稟磁距，而存在磁距，則就意味著，當(dāng)它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)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(cè)量這個(gè)進(jìn)動(dòng)頻率的大小便可確定其磁距！

可當(dāng)實(shí)際測(cè)量時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論預(yù)測(cè)不符，它們存在偏差！這個(gè)便是反常磁矩，而對(duì)這一偏離的現(xiàn)象，標(biāo)準(zhǔn)模型則給出了完美的解釋：

• 在實(shí)驗(yàn)中，我們測(cè)得的數(shù)值會(huì)受到量子效應(yīng)的影響！根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)會(huì)影響到粒子周圍的時(shí)空結(jié)構(gòu)，使得粒子的磁矩發(fā)生微小的改變！所以加上標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的量子效應(yīng)干擾后，理論預(yù)測(cè)則與實(shí)驗(yàn)數(shù)值，完美相符！

比如電子的磁矩在考慮了量子效應(yīng)之后，其g因子的理論預(yù)測(cè)是為2.002319304362，而實(shí)驗(yàn)測(cè)定的值則為2.002319304361，兩個(gè)數(shù)值在小數(shù)點(diǎn)后11位，都是相等，所以足見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)模型強(qiáng)大的恐怖。

但在大約20年前呢，當(dāng)我們?nèi)y(cè)量繆子的反常磁矩時(shí)，卻驚奇的發(fā)現(xiàn)：標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)值卻出現(xiàn)了偏差，雖然這個(gè)偏差很小，還不足以達(dá)到科學(xué)界5倍標(biāo)準(zhǔn)方差的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)，但這卻讓科學(xué)家看到了新物理出現(xiàn)的跡象，偏離標(biāo)準(zhǔn)模型的反常磁矩，說(shuō)明它的背后，存在著標(biāo)準(zhǔn)模型無(wú)法解釋的物理機(jī)制，而這個(gè)物理機(jī)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(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)偏差得到認(rèn)定，必須要使實(shí)驗(yàn)值達(dá)到5σ的標(biāo)準(zhǔn)偏差！

所以之后呢，科學(xué)界便開(kāi)始了精確測(cè)量繆子反常磁矩的路程！

自2017年開(kāi)始，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室便開(kāi)始了對(duì)繆子反常磁矩的精確測(cè)量，在測(cè)量的4年之后，第一批實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是于2021年4月7日被公布，從公布的數(shù)據(jù)來(lái)看，理論計(jì)算g因子的結(jié)果是2.00233183620(86)，而實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果是2.00233184080(82)，

這兩個(gè)數(shù)值，從小數(shù)點(diǎn)第8位開(kāi)始，便出現(xiàn)了不同！

這個(gè)精度，使得偏差達(dá)到了前所未有的4.2σ，雖然還未達(dá)到5的證認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，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(xiàn)的基礎(chǔ)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(xiàn)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(duì)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