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        反常的缪子:新物理是否到来?

        2021-04-16 09:40编辑:阳光在线人气:


          变态的缪子:新物理是否到来?

          中国新闻周刊记者/霍思伊

          发于2021.4.19总第992期《中国新闻周刊》

          这是一场超过5000多公里的漫长又小心翼翼的观光——6月24日,从纽约长岛出发,先是沿着美国东海岸向南达到佛罗里达的顶角,然后进入墨西哥湾,这就花了一个月,然后沿着田纳西-汤比格比水路向长进入密西西比河,伊利诺伊河和德斯普兰斯河,在7月20日达到伊利诺伊州的口岸。一辆颠末非凡改革过的卡车已经等待在船埠,7月26日破晓4时7分,在美国费米国度加快器尝试室门前的草坪上,3000人举起了手,接待“它”的到来。  

          它是一个重700吨、宽约15米的庞大超导磁环,在2013年夏天,以“尽大概保持精度”的奇特方法从纽约的布鲁克海文国度尝试室运输到费米。颠末陆续串巨大的调试后,这套设备于2018年开始正式运行。费米特有的强大加快器绵绵不断地为磁环注入一种非凡的粒子——缪子(μ子),就像电子一样,它在磁环中举办着一种近似地球环绕太阳的举动,既自转又公转,不外自转的偏向不绝偏离,直到衰变出一个电子——而它,有大概成为解码人类和宇宙机密的钥匙,并体现着“新物理”的到来。

          2021年4月7日,费米国度加快器尝试室(简称费米尝试室)公布,缪子变态磁矩尝试的一期数据阐明昭示,缪子在绕磁环举动时有一个较大的摇摆幅度,和尺度模子计较出的预测环境不符。

          这激发了物理学界的震荡。在4月7日的宣布会上,费米尝试室缪子变态磁矩尝试的认真人克里斯·波莉说,产生这种偏差必然是出了什么问题,大概有一些埋没的对象在发挥浸染。它们是什么?大概是一种新粒子或第五种浸染力,也大概缪子内部尚有更深入的布局。

          这些揣摩全部令人很是欢快,因为它们都指向了一种超出尺度模子之外的新物理。

          极小的偏差

          尺度模子是人类今朝能找到的最准确的对微观世界的表明,是整个粒子物理学的根本,描写了构建宇宙的根基粒子和彼此浸染。科学家认为,世界是由17种根基粒子组成,缪子是个中一种。它是电子的表亲,质量是电子的207倍,可以简朴领略成“更胖的电子”,除此以外其他性质都沟通:都带一个单元电荷(正或负),自旋为1/2,也就是转两圈后,会回到初始状态。

          1936年,物理学家在宇宙射线中发明白缪子的存在。当太阳抛射出来的高能质子进入地球时,与外层大气产生碰撞,发生了缪子,它以光速冲向地面,穿透力很强,可以深入2700米的岩层之下。

          从发明以来,缪子一直有一些无法表明的奇怪现象,好比磁矩的偏差。缪子会像陀螺一样自转,在这个进程中自身会发生磁场,磁矩就反应磁场的量度。理论物理学家认为,无论电子照旧缪子,将磁矩举办某种牢靠的除法运算后会获得一个常数比值,也就是g因子,凭据尺度模子,g应该是2.00231930436……可以一直准确到小数点后11位,但尝试中发明,缪子的g因子总会和理论预测值发生必然偏差,g-2反应的就是这个偏差。这种磁矩上呈现的变态,就是缪子变态磁矩问题。

          这种偏差其实很微小,要一直读到小数点后七位才会发明,但在微观粒子世界,任何预测之外极小的变革背后,都大概埋没着足以震荡整个物理学界的发明。缪子磁矩变态之所以如此重要,是因为一旦确认,就足以冲破久经检讨的尺度模子。粒子物理学在20世纪70年月成立了集大成的尺度模子理论之后,从此任何发明都没有超出这个模子。无论是通过大型强子对撞机(LHC)等加快器,照旧在一些用于寻找暗物质的探测尝试中,所有模子之外的摸索都失败了。

          但物理学家们相信,尺度模子远远不是完美的,在模子之外,必然存在着另一个更宽大的、未知的世界。尺度模子属于量子场论,只席卷了三种根基浸染力:电磁力、强彼此浸染力与弱彼此浸染力,但没有描写到让苹果掉到牛顿头上的引力。而在量子力学降生之前,人们领略这个世界的焦点就是引力。另一方面,尺度模子也无法表明暗物质的存在。我们看到的每一件事物都是与光产生了彼此浸染,阳光在线,但这些物质的能量只占宇宙中总能量的4%,yg111,更广袤的宇宙是暗中的,由暗物质构成,它们既不接收光,也不发射光,人类今朝还没有发明任何一个暗物质粒子。

          为了表明这些现象,物理学家试图开辟“新物理”的边境,寻找尺度模子之外的物理。有一些迹象表白了新物理的存在,个中一个是1998年发明的中微子振荡,另一种就是缪子的磁矩变态。

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