曹俊IHEP 21-12-19 22:05
微博认证:中国科学院高能物理研究所 研究员曹俊 科学科普博主

今年《科学》杂志评选的十大科学突破出炉,五项医学,二项生物,粒子物理、核物理、天体物理各一项。粒子物理那一项是费米实验室的缪子反常磁矩测量结果。实话说,我不太信这个结果是新物理,虽然有一定的可能性。缪子是一种基本粒子,跟电子是兄弟,性质非常相似。从经典的角度,它的磁矩应该精确等于2。但是,虚空中会不断产生虚粒子,包裹着缪子本身。这些虚粒子因为守恒定律,比如能量守恒,并不能真实发生,但按量子力学的观念,它们会影响缪子的磁矩(g),导致缪子的磁矩略微大于2,这个差别称为“反常磁矩”,用g-2表示。费米实验室的这个实验就叫“g-2实验“。精确测量反常磁矩,是一个以小博大的实验,即在低能条件下研究并不能真实产生的高能粒子的效应。假如存在我们还不知道的高能粒子,g-2的测量结果将与现有理论预期不符。此前,美国布鲁克海汶实验室发现测量结果与理论预期不符。2013年,这个实验的主体装置——一个直径15米的超导磁铁,被整体运往费米实验室,进行更精确的实验,今年发布了首次结果,证实了布鲁克海汶的结果,与理论预期不符。假如一切都对,就说明在高能量下确实存在我们不知道的新粒子,或者新的力。既然两个实验都得到了同样的结果,可能实验是没错的(日本正在进行相似的实验,但没有放到高优先级,估计2025年建成。中国散裂中子源原则上也可以进行同类实验,不过因为功率小,跟美国和日本比没有优势),但因为这个效应太小,理论计算太复杂,不能排除理论预期出错。突破粒子物理标准模型理论,最有可能的突破口还是中微子和希格斯粒子。