費米實驗室著手 重測μ介子磁性

劉霞

據(jù)美國《科學(xué)》雜志網(wǎng)站1月26日報道，費米國家加速器實驗室190名科學(xué)家已著手精確測量μ介子的磁性。此前的實驗表明，μ介子的磁性或比粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測的稍大一些，如果最新實驗證實這一點，有望翻開物理學(xué)的新篇章。

μ介子是電子更重且不穩(wěn)定的“表親”，它帶電荷，會在磁場中旋轉(zhuǎn)。每個μ介子會像微型條形磁鐵一樣被磁化，將一個μ介子放在與其磁化方向垂直的磁場中，其磁極將像羅盤指針一樣旋轉(zhuǎn)或進動。由于量子不確定性，μ介子會在旋轉(zhuǎn)過程中不斷釋放并重吸收其他粒子。

科學(xué)家表示，μ介子可釋放和重新吸收任何粒子，因此，它的磁性會標(biāo)識所有可能的粒子——甚至是大型強子對撞機（LHC）無法制造出的太重的新粒子，這將有助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新物理學(xué)。LHC一直未曾發(fā)現(xiàn)超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新粒子，科學(xué)家希望通過這一名為“μ介子g-2”的實驗獲得夢寐以求的結(jié)果。

1997年到2001年，布魯克海文國家實驗室的g-2團隊通過將數(shù)千個粒子投射到直徑45米的環(huán)形真空室（夾在超導(dǎo)磁體之間），對μ介子的磁性進行了測量，并報告稱其磁性比標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測的稍大一點，他們猜測，這種異常是由與未知粒子的相互作用導(dǎo)致的。隨后理論學(xué)家在標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測中發(fā)現(xiàn)了一個簡單的數(shù)學(xué)錯誤，所以，這一結(jié)果并沒有激起多大水花。2004年再次測量時，這種差異又出現(xiàn)了，不過，此時理論學(xué)家已改進了標(biāo)準(zhǔn)模型計算。

目前，這個差異信號的強度在3.5西格瑪以內(nèi)——小于宣稱為發(fā)現(xiàn)所需要的5西格瑪。2013年，g-2團隊轉(zhuǎn)戰(zhàn)費米實驗室，他們將磁場均勻度提高了3倍，可以生成更純粹的μ介子束。波士頓大學(xué)g-2物理學(xué)家李·羅伯茨表示，這幾年來，團隊的目標(biāo)是收集比在布魯克海文實驗室期間多21倍的數(shù)據(jù)，希望明年能獲得測量結(jié)果，這可能將差異推到5西格瑪以上。