揭秘可能改变粒子物理学的发现

一个国际科学家小组报告称，一种微小的亚原子粒子有些不对劲。如果这一发现成立，它可能会彻底颠覆现代物理学。

问题在于一种叫做 μ 子的粒子，它是电子的一个更重、更神秘的近亲。它们在衰变和分解之前只能存在百万分之一秒。虽然 μ 子转瞬即逝，但物理学家可以通过在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机等设施中将其他粒子撞击在一起来产生数百万个 μ 子。

现在，芝加哥郊区费米实验室的粒子物理学家发现证据表明，μ 子比科学家预测的磁性更强。这似乎是一个神秘的细节，但它意味着 μ 子违反了粒子物理学的基本定律，即所谓的标准模型。

标准模型是粒子物理学近半个世纪以来的核心。它为科学家理解和联系他们认为的宇宙中最基本的粒子奠定了量子基础：介子、电子、光子、半传奇的希格斯玻色子以及其他 13 种粒子。

标准模型经受住了大部分的考验，但该模型也存在一些漏洞，几十年来，这些问题一直萦绕在物理学家的脑海中。一些粒子的质量与模型预测的不符。它也没有向我们展示引力是如何运作的，也没有解释暗物质或暗能量，这让宇宙的大部分构成都成了谜。它也没有解释宇宙中为什么会有物质。

这就是为什么一些粒子物理学家现在相信——或者至少希望——这种μ子不匹配可能成为对标准模型的第一次致命打击。

肯塔基大学物理学家、研究团队成员蕾妮·法特米在一份声明中表示：“这有力地证明，μ 子对我们最佳理论中不存在的某种东西很敏感。”

这一发现早已被预示。20 世纪 90 年代，长岛布鲁克海文国家实验室的科学家开始在磁环周围发射μ子，以检查其磁偶极矩，这是粒子固有携带的微小磁场的量度。他们发现磁偶极矩与标准模型的预测不符。

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这是一个诱人的线索，但当实验资金枯竭时，科学家们无法继续进行下去。他们不得不等到 2010 年代，那时磁环被移到了几百英里以西的费米实验室。在那里，来自世界各地的数百名科学家共同证实了布鲁克海文实验室的同行发现的结果：μ 子的磁偶极矩与标准模型背道而驰。

现在要弄清楚其中的含义还为时过早。首先，科学家需要重现结果；费米实验室的研究人员发现，随机噪声的概率约为四万分之一。当然，这是极不可能的，但远低于粒子物理学中标准的三百五十万分之一。可能还会有更多结果：费米实验室的研究人员表示，他们彻底分析了不到 6% 的收集数据。

并非所有科学家都认为介子将彻底改变粒子物理学。但许多人，包括费米实验室的一些研究人员，怀疑这种差异是某种未知力与介子相互作用的结果。如果是这样，那么它大胆地预示着一些远远超出标准模型的新发现物理学。

即使标准模型不会成为过去，这一μ介子的发现也可能成为新发现的起点，有助于解答宇宙如何以及为何如此运作。