科學家們週三宣佈，越來越多的證據表明，一個微小的亞原子粒子似乎違反了已知的物理定律，這一發現將在我們對宇宙的理解中開啟一個巨大而誘人的漏洞。

結果，物理學家也就是說，有一些形式的物質和能量對自然以及尚未為科學所知的宇宙的進化。

“這是我們火星漫遊者登陸的時刻，”費米國家加速器實驗室的物理學家克里斯·波利(Chris Polly)說。費米，在伊利諾伊州的巴塔維亞，他在職業生涯的大部分時間裡一直致力於這一發現。

粒子célèbre是μ子，它類似於電子，但要重得多，是宇宙的組成部分。波莉和他的同事--一個由來自七個國家的200名物理學家組成的國際團隊--發現在費米實驗室的強磁場中，μ子的行為並不像預期的那樣。

這種反常的行為對標準模型提出了嚴峻的挑戰，標準模型是一組列舉宇宙中基本粒子的方程組(最後一次計算是17)，以及它們是如何相互作用的。

肯塔基州大學的物理學家雷尼·法特米說：“這是一個強有力的證據，表明μ子對我們最好的理論中的一些東西是敏感的。”

這是一個名為Muong-2的實驗的第一個結果，它與2001年布魯克海文國家實驗室的類似實驗是一致的，這些實驗從那時起就一直在戲弄物理學家。

週三，在一個虛擬的研討會和新聞釋出會上，波莉指出了一個圖表，圖中顯示了Fermilab發現偏離理論預測的空白。他說：“我們可以很有信心地說，一定有什麼原因造成了這一空白。”“那裡可能潛伏著什麼怪物？”

義大利國家核物理研究所的物理學家格拉齊亞諾·維南佐尼(Graziano Venanzoni)在費米實驗室發表的一份宣告中說，“今天是一個非同尋常的日子，不僅我們期待已久，整個國際物理學界也期待已久。”研究結果也發表在一組提交給幾個同行評議期刊的論文中。

科學家們報告說，這些測量結果大約有40,000人中就有一次可能是僥倖，遠低於以物理標準來宣稱官方發現所需的金本位。有希望的訊號在科學中一直消失，但更多的資料即將到來。週三的研究結果僅佔預計在未來幾年獲得的μ子實驗總資料的6%。

幾十年來，物理學家一直依賴和約束標準模型，該模型成功地解釋了在CERN大型強子對撞機等地方進行高能粒子實驗的結果。但是這個模型留下了許多關於宇宙的深層次問題沒有答案。

大多數物理學家認為，只要能看到更深更深的東西，就會發現豐富的新物理寶藏。來自費米實驗室的額外資料可以為渴望建造下一代昂貴粒子加速器的科學家們提供一個巨大的推動力。

它也可能導致，隨著時間的推移，解釋的宇宙奧秘，長期以來一直困擾著我們的孤獨物種。究竟什麼是暗物質，天文學家說它是宇宙質量的四分之一的看不見的東西？事實上，為什麼宇宙中有物質？

在Twitter上，物理學家們對週三的宣告反應熱烈和謹慎。法蘭克福高階研究研究所的物理學家SabineHossenfelder說：“當然，這是一種新的物理學。”

Fermilab的理論物理主管MarcelaCarena說：“我很興奮，他不是實驗的一部分。我覺得這個小小的晃動可能會動搖我們以為我們知道的東西的基礎。“

在物理學中，μ子是不太可能佔據中心位置的粒子。有時被稱為“脂肪電子”，它們類似於我們熟悉的基本粒子，它們為我們的電池、燈和計算機提供動力，並繞著原子的原子核旋轉；它們有負電荷，它們有一種叫做自旋的特性，這使得它們的行為就像微小的磁鐵。但它們的重量是它們更有名的堂兄弟的207倍。它們也是不穩定的，在2.2百萬分之一秒內，放射性衰減成電子和稱為中微子的超輕量級粒子。

μ子在宇宙整體格局中扮演的角色仍然是個謎。

穆恩把他們現在的名聲歸功於量子力學原子領域的非直覺規則。

在其他方面，量子理論認為，空空間並不是真正的空空間，實際上是與“虛擬”粒子沸騰，這些粒子在存在和消失之間飛來飛去。

“你可能認為粒子在世界上是孤獨的，”Polly在Fermilab的一篇傳記宣告中說。“但事實上，它一點也不孤單。因為量子世界，我們知道每個粒子都被其他粒子包圍。“

這種隨從影響現有粒子的行為，包括μ子的一種性質，稱為磁矩根據英國理論物理學家、量子理論奠基人保羅·狄拉克在1928年匯出的公式，一個孤立的μ子的g因子應該是2。

但是μ子並不是唯一的，所以這個公式必須對宇宙中所有其他潛在粒子產生的量子嗡嗡聲進行修正。這使得μ子的因子g大於2，因此實驗的名稱是μon g-2。

G-2偏離理論預測的程度是一個跡象，表明有多少關於宇宙的未知--正如波利所說，有多少怪物潛伏在黑暗中，讓物理學家們去發現。

1998年，布魯克海文的物理學家，包括當時是研究生的波莉，透過實際測量g-2並將其與預測進行比較，開始探索這種宇宙無知。

在實驗中，一個名為交替梯度同步加速器的加速器產生了μ子光束，並將它們送入一個50英尺寬的儲存環中，這是一個由超導磁體控制的巨大跑道。

他們得到的g值與標準模型的預測值不一致，足以激發物理學家的想象力，但沒有足夠的確定性來宣稱一項堅實的發現。此外，專家們無法就標準模型的準確預測達成一致，進一步混淆了充滿希望的水域。

由於缺乏資金來重做這個實驗，布魯克海文在2001年退休了這個50英尺長的μ子儲存環。整個宇宙都懸著。

大動作

在費米實驗室，一個專門研究μ子的新校園正在建設中。

“這開闢了一個充滿可能性的世界，”波利在他的傳記文章中回憶道。這時，波莉正在費米實驗室工作；他敦促實驗室在那裡重新做g-2實驗。他們讓他負責。

然而，為了進行這項實驗，他們需要來自布魯克海文的50英尺高的磁軌。因此，在2013年，磁石進行了3200英里的奧德賽，主要是由駁船、東海岸、佛羅里達和密西西比河上游，然後透過卡車穿越伊利諾伊州，到達費米拉的家鄉巴達維亞(Batavia)。

磁鐵就像飛碟，當它以每小時10英里的速度向南穿過長島時，它引起了人們的注意。波莉寫道：“我走了過去，和人們談論了我們正在做的科學研究，有一天晚上，它一直呆在一個Costco的停車場裡。”有一千多人出來看了看，聽說了這門科學。“

這個實驗始於2018年，當時的目標是收集比布魯克海文版本多20倍的資料。

同時，由170名專家組成的Muon g-2理論倡議小組在三年的研討會和使用標準模型的計算基礎上，發表了一份關於μ子磁矩理論值的新的共識值。這一答案強化了布魯克海文報告的原始差異。

週一，也就是宣佈訊息的兩天前，透過電話聯絡到了Aida X.El-Khadra，他是該組織的一名物理學家。伊利諾伊大學MuonG-2理論倡議的一位共同主席說，他們已經等待這個結果很長時間了。

哈德拉說：“我從來沒有過坐在熱煤上的感覺。”

在Fermilab宣佈的那一天，另一個小組使用了另一種叫做格子計算的技術來計算μ子的磁矩，得到了與El-Khadra小組不同的答案，為程式增加了一個新的不確定性。

“是的，我們聲稱標準模型和布魯克海文結果之間沒有差異，沒有新的物理學，”佐爾坦·福多爾賓夕法尼亞州立大學週三發表在“自然”雜誌上的一篇報告的作者之一在接受採訪時說。

El-Khadra稱這是一種“驚人的計算”，但他補充說，它需要與其他小組的獨立工作進行對比。

進入黑暗

這支隊伍不得不應付另一個難題。為了避免人類的偏見--也為了防止任何捏造--實驗者進行了一項名為“致盲”的實踐，這是大型實驗中常見的做法。在這種情況下，跟蹤μ子擺動的主時鐘被設定為研究人員所不知道的速率。這個數字被密封在信封裡，鎖在Fermilab的辦公室裡。華盛頓大學在西雅圖。

在2月25日的一個儀式上，波莉打開了費米拉的信封，華盛頓大學的大衛·赫特佐格打開了西雅圖的信封。裡面的數字被輸入到一個電子表格中，為所有的資料提供了一個鍵，結果彈出到了一個萬眾合唱中。

費米拉博士後薩斯基亞·夏裡蒂(SaskiaCharity)說，“這真的帶來了一個令人興奮的時刻，因為合作中沒有人知道答案。”薩斯基亞·夏裡蒂(SaskiaCharity)是一名費米拉博士後，在

人們感到自豪的是，他們成功地進行了如此艱難的測量，然後高興地發現，他們的結果與布魯克海文的結果相匹配。

“這似乎證實了布魯克海文不是僥倖，”卡萊納，理論家，說。“他們真的有機會打破標準模式。”

物理學家說，異常現象給了他們如何尋找新粒子的想法。其中包括重量足夠輕的粒子，可以被大型強子對撞機或其投射的後續粒子所控制。的確，有些資料可能已經被記錄下來，但非常罕見，以至於它們還沒有從儀器記錄的大量資料中顯現出來。

另一位名為Z-質數的候選人，費米實驗室的宇宙學家戈丹·克倫雅伊克(GordanKrnjek)表示，他可能會在大爆炸中發現一些謎團。

他在一封電子郵件中說，g-2的結果可以為下一代的物理制定議程。“如果觀測異常的中心值保持不變，新粒子就不可能永遠隱藏起來，”他說。“我們將更多地瞭解基礎物理學的未來。”