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2021年4月7日，美国费米科学实验室公布了第一批介子反常磁矩测量的实验数据。根据这些数据，他们将子反常磁矩的实验数据与理论预测进行了比较。提高到前所未有的4.2，这种精度可能预示着新物理学的出现。所以这对于基础科学来说将是一个极其令人震惊的消息。

费米实验室的g-2（反常磁矩）测量设备

为什么这一发现在科学界引起如此轰动？我们的基础科学现在基于爱因斯坦的广义相对论和粒子物理学的标准模型。广义相对论可以引导我们认识宇宙大尺度的宏观现象，而标准模型则描述微观层面的粒子世界！在这两个基石的加持下，我们逐渐对宇宙的本质有了更清晰的认识。中子星、黑洞等极端天体的发现，以及量子纠缠等幽灵般的量子现象，都是基于这两个概念。最重要的基石是对世界本质的理解！

然而，随着探索的逐渐深入，两大基石逐渐变得不足。就像暗物质和暗能量一样，它们超出了当前的理论，还有物质和反物质的对称性破缺、引力的量子化和黑洞的内部。他们每个人都像一道屏障，阻挡着我们的前进。但要跨越这些障碍，我们需要一套新的物理理论！

但在突破的过程中，我们遇到了困难！因为，标准型号太强大了！它的预测几乎解释了我们当前所有的实验数据。也就是说，我们所做的几乎所有实验都在标准模型的预测范围之内，因此这就导致我们无法获得标准模型之外的数据。所以它无法触及新的物理机制！那么对此该怎么办呢？一，要么建造更强大的实验设备（比如更高能量的对撞机），利用强大的设备寻找超出标准模型的数据！另外一个就是继续用现有的设备进行实验，寻找那个不可能的机会！建造更强大的装备并不容易！且不说巨大的成本和人力，反对派也是施工前的一大障碍。所以想要利用强大的装备，目前来说，还是很渺茫的！所以，在强大的装备出现之前，我们现在只能在现有的装备中寻找这个超越标准型号的奇迹。这就是这项研究所做的！

那么这项研究到底做了什么？我们一开始就提到，这项研究测量的是子的反常磁矩！

标准模型中，一共有62种基本粒子，分为两大类，即费米子和玻色子！费米子是一种构成物质结构的基本粒子。他们构建了我们的世界！玻色子是一种传递四种相互作用力的粒子！费米子包括两种类型：轻子和夸克。轻子包括电子和中微子，夸克包括上夸克和下夸克。轻子和夸克之间的能量差异存在三代！

第一代是最稳定的，所以构成世界物质的粒子都是在这一代完成的。 2代、3代极不稳定。它们出生后，不会存活很长时间，并且往往会腐烂成较轻的物质。 子属于第二代，是一种比电子能量更高的轻子，所以它们有时被称为重电子！除了质量之外，它还具有与电子几乎相同的物理特性，例如相同的电荷和相同的自旋！根据标准模型的描述，基本粒子都有自旋，带电荷的粒子都有磁矩。因此，电子、子等粒子都具有固有的磁矩，而磁矩的存在意味着，那么它们在磁场中运动时，就会出现进动，就像陀螺的摆动一样！进动频率的大小是由磁矩的大小决定的，所以通过测量进动频率的大小，就可以确定磁矩！

但当你实际测量时，你会发现实验数据与理论预测不符，存在偏差！这就是反常磁矩，标准模型对这种偏差给出了完美的解释：

在实验中，我们测量的数值会受到量子效应的影响！根据标准模型，我们所说的真空并不是空的。它还包含虚拟粒子。虽然虚粒子产生后会很快湮灭，但它们的出现会影响粒子周围的时空结构，导致粒子的磁矩发生微小的变化！因此，加入标准模型预测的量子效应的干扰后，理论预测与实验值完全吻合！例如，考虑量子效应后，电子磁矩的g因子的理论预测值为2.002319304362，而实验测量值为2.002319304361。两个值都等于小数点后11位，因此说明标准模型的强大。害怕。但大约20年前，当我们测量子的反常磁矩时，我们惊讶地发现标准模型的预测值与实验值之间存在偏差。虽然这个偏差很小，但还不足以达到科学界的程度。其识别标准为标准差的5倍，但这让科学家们看到了新物理学出现的迹象。偏离标准模型的反常磁矩表明，在它的背后，存在着标准模型无法解释的物理机制，而这个物理机制就是我们正在寻找的新物理！因此，子成为寻找新物理的探针！

但如果要让子反常磁矩的理论预测和实验偏差得到认可，实验值的标准偏差必须达到5！于是在这之后，科学界开始精确测量子的反常磁矩！自2017年起，费米实验室开始对子反常磁矩进行精确测量。测量四年后，第一批实验数据于2021年4月7日发布，从公布的数据看，g因子的理论计算结果为2.00233183620(86)，而实验测量结果为2.00233184080(82)，

这两个值从小数点第8位开始就不一样了！这一精度使偏差达到了前所未有的4.2。虽然还没有达到5级的认证标准，但已经足以让科学界疯狂了。在这个几十年来没有重大发现的基础物理中，它就像一缕甘泉，让我们即将干涸的科学看到了曙光！虽然我们还不知道这个新物理是什么，但只要我们接触它，我们最终就会明白它！好的，这就是这项研究的总体解释。这就是这个问题的全部内容。我是滕宝，一位热爱科学和天文学的科普创作者。也希望大家多多关注和支持。下一期见。谢谢你们。