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预测|期待已久的μ介子实验结果即将揭晓

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经过20年的等待 ， 重新启动的μ介子实验即将公布结果 。 研究人员计划于4月7日公布μ介子磁性的最新测量结果 ， 相关发现可能会导致新粒子的发现 。
这个名为μ介子g-2的实验是在美国费米国家加速器实验室进行的 。 1997年至2001年 ， μ介子实验曾首次在布鲁克海文国家实验室进行 ， 并在2006年最终确定结果 ， 发现μ介子的磁矩（产生的磁场量度）略大于理论预测 。
该结果引起了物理界的轰动和争议 。 如果这些结果最终得到证实 ， 它们可能揭示新粒子的存在 ， 并颠覆基础物理学 。 伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校理论物理学家Aida El-Khadra说：“每个人都坐立不安 。 ”
μ介子g-2实验通过在直径为15米的圆内移动粒子来测量介子的磁矩 。 一个强大的磁铁使介子保持在圆形轨道上 ， 同时使它们的南北磁轴旋转 。 粒子的磁矩越强 ， 轴的旋转速度就越快 。 “我们测量的是介子在磁场中旋转速率 。 ”波士顿大学物理学家Lee Roberts说 。
量子物理学初步预测 ， 基本粒子（如介子和电子）的磁矩正好等于2（用依赖于粒子的测量单位计算） 。 但更全面的计算揭示了这个值的偏差 ， 这是由于“真空从来不是真正的真空”造成的 ， 即介子周围的空间里充斥着各种“虚粒子” ， 它们改变了介子的磁场 。 这种微小的差异通常用g-2表示 。
在布鲁克海文国家实验室的实验中 ， 物理学家发现g-2的值为0.0023318319 。 该实验中 ， 介子磁矩的实验值必须与理论预测值相比较 ， 而理论预测本身就有较大的不确定性 。
去年 ， 由El-Khadra参与主持的一个大型合作项目召集了几个研究小组 ， 每个小组专门研究一种类型的虚拟粒子 ， 并公布了基本常数的“共识”值 。 理论值和实验值之间的差异没有改变 。
同样是去年 ， 一个研究小组发表了一篇预印本 ， 表明μ介子g-2的理论值接近实验值 。 该团队专注于该理论中一个特别顽固的不确定来源——虚胶子 。 如果他们的结果是正确的 ， 理论值和实验值间的差距可能是不存在的 。 El-Khadra说 ， 初步的研究结果“引起了很大的轰动” ， 并引发了激烈的辩论 。
4月7日将公布的结果可能还不能解决这个问题 。 由于设备升级 ， 该团队最终希望将μ介子g-2的精确度提高到布鲁克海文国家实验室实验的4倍 。 但到目前为止 ， 该研究误差幅度没有减小 。 不过 ， Roberts表示 ， 如果测量结果与最初的结果非常接近 ， 人们对结果的信心就会提高 。 （辛雨）
【预测|期待已久的μ介子实验结果即将揭晓】[责任编辑: 张梦凡 ]

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