又一颗钉子可能将 μ 子作为新物理学的载体封死。一组物理学家在模拟中高精度计算了 μ 子的性质，发现该粒子的性质比之前认为的更符合标准模型。
该团队名为 BMW，他们的研究目前托管在预印本服务器 arXiv 上，这意味着它尚未在同行评议期刊上发表。该团队的先前研究成果于 2021 年发表在《自然》杂志上，“消除了实验与理论之间长期存在的差异”。换句话说，在我们对介子的理解方面，他们的工作使实验物理学更接近理论预测。
在这篇新论文中，该团队在比之前的工作更精细的晶格上进行了大规模晶格量子色动力学 (QCD) 模拟，从而得到了更精确的计算结果。本质上，该团队以 QCD 作为输入，在时空中放置一个网格，然后对其进行模拟。他们的结果预测了 μ 子的异常磁矩，其误差在测量该特性的实验平均值的 0.9 个标准差以内。
介子与标准模型
介子是一种基本粒子，其质量约为电子的 207 倍。大约 20 年来，科学家一直认为介子是发现新物理学的潜在场所。问题在于测量该粒子不寻常的磁矩 (G-2)，该特性描述了量子力学对粒子在磁场中摆动的贡献。介子的 G-2 与粒子物理学标准模型的预测不符，该模型是过去 50 年来物理学的基础理论。
与通过粒子碰撞测量 G-2 的大型实验不同，该团队的研究“不需要任何实验输入。它只需要激活底层理论，即 QCD，”研究合著者、加州大学圣地亚哥分校理论粒子物理学家 Fodor 表示。“你最终会得到今天在我们的数据中看到的结果：与实验完全一致的结果。”
换句话说，该团队的研究结果表明，介子预测的异常磁矩与标准模型预测的异常磁矩之间的明显差距并不像之前的发现所暗示的那么大。
重大实验结果揭示新物理学
1960 年代，欧洲核子研究中心首次测量到了μ子的异常磁矩，但测量结果并不精确。2006 年，布鲁克海文国家实验室的 E821 实验公布了对μ子 G-2 的最终测量结果，与标准模型预测相差两个标准差以上。在后续计算中，这一差距扩大到三个标准差以上。
苏黎世大学和保罗谢勒研究所的理论物理学家安德烈亚斯·克里维林说：“用新物理学来解释μ子的G-2并不容易。”“这不是自然而然的事情；你必须努力寻找一个能给你带来明显效果的模型。”
物理学家认为，一项真正的发现的统计里程碑——表明在标准模型下，该结果偶然发生的概率极小——是五个标准差，或“五个西格玛”。
2021 年，Muon G-2 合作组宣布测量的 μ 子磁矩与标准模型相差 4.2 个标准差。自布鲁克海文实验结果以来，数据之间的差距不断扩大。但去年，俄罗斯加速器 CMD-3 的一项实验结果似乎缩小了差距。前进两步，后退一步，这取决于你如何看待它。
“晶格的第一性原理计算和 CMD-3 测量结果一致，但都没有指向新物理学，”克里维林说。“我并不十分希望 μ 子 G-2 能真正产生重大的新物理学。”
这给我们带来了什么影响？
还有其他方法可以探索μ子的特性。2022 年，媒体询问了几位物理学家，鉴于自 2012 年观测到希格斯玻色子以来一直相对平静，粒子物理学的下一个重大突破可能是什么。一位物理学家建议使用μ子对撞机——“如果我们对μ子有疑问，让我们用μ子来找出答案，”他们说。
就在上周，另一组研究人员发表了他们对μ介子束实验的分析，这可能为未来的μ介子对撞机铺平道路。但建造新的对撞机既昂贵又耗时。
对于现有的实验，更多的数据总是有用的，以更精确的方式重新测试以前的结果可能表明标准模型是否继续成立。费米实验室的 Muon G-2 实验预计将于明年发布最终结果。如果之前的结果有任何迹象，那么明年的数据将是 Muon 传奇中的另一个数据点，而不是它的最后一章。
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