(資料圖)
美國費米實驗室的μ介子實驗進一步證明了標準模型不完整。圖片來源：Ryan Postel/Fermilab
本報訊?粒子物理學的標準模型開始出現“裂縫”。據《科學》消息，一種叫作μ介子的基本粒子行為怪異。美國費米國家加速器實驗室的新實驗結果表明，μ介子的行為不同于標準模型預測，這可能意味著現有理論模型之外，還存在著奇怪的力和粒子。
科學家在實驗中觀察到的差異體現在μ介子暴露于磁場時的自旋速率。該自旋速率用g因子數字表示，這由介子和其他粒子之間的相互作用決定。如果標準模型是正確的，并且考慮了所有存在的粒子和力，那么g因子應該是2。但一系列測量結果顯示，μ介子的旋轉速度似乎比預期的要快得多，g因子為2.002。
μ介子的自旋速率用一種叫作進動的物理現象測量，在這種現象中，粒子在旋轉時會輕微擺動。實驗中，介子以接近光速的速度在磁存儲環周圍爆炸，當它們運動時，它們與由于量子效應而出現和消失的虛擬粒子相互作用。隨后，研究人員在所謂的擺動圖上繪制μ介子的進動率，從而計算g因子。
費米實驗室的新測量結果比以往任何測量都要精確，測量g因子的精度達到百萬分之二。該精度是費米實驗室在2021年宣布的上一組測量結果的兩倍。重要的是，此次測量結果達到5西格瑪的置信水平，在粒子物理學中，5西格瑪測量被認為是安全可靠的發現，而不僅僅是一個提示。這意味著，如果標準模型是正確的，那么像這樣的數據模式顯示的結果，僥幸所得的統計可能性大約是350萬分之一。
為達到這種精確度，研究人員分析了遠超2021年所用的數據量。2021年時，只有2018年收集的數據可供分析，而新的研究增加了2019年和2020年的數據，使觀測到的μ介子總數增加了3倍多。此外，研究人員改進了實驗方案，包括穩定μ介子束和更好表征用于μ介子自旋的磁場。目前，研究人員正在努力將2021年至2023年的數據納入最終的μ介子g因子報告，該報告預計將于2025年發布。
科學家認為，這些測量結果的影響仍無法估量，特別是目前人們正處于理解μ介子g因子理論階段的情況下。但是，如果測量和觀察之間的差異在未來的計算中仍然存在，那就意味著標準模型很可能遺漏了某種粒子。這個粒子可能會以虛擬粒子的形式出現，通過某種尚未被探測到的力干擾μ介子，然后消失。如果這種粒子存在的話，還需要更精確的測量來了解它。（辛雨）
標簽：
