在粒子物理標準模型中，科學家們根據粒子相互間作用力的不同，將組成物質的最小、最基本的單元劃分為三種粒子，分別是強子、輕子和傳播子。在上世紀中葉，科學家們又透過宇宙高能射線以及高能加速器，陸續發現了上百種自旋為整數的介子以及自旋為半整數的重子，這些介子和重子都是由上、下、奇異3種夸克所構成，與此同時，也發現了比電子要重、帶一個負電荷的μ介子以及與之相伴的中微子。據此，科學家們進一步豐富完善了粒子物理標準模型，將夸克與輕子置於同一層次，為成為最嚴密的物理理論之一奠定了堅實的基礎。

μ介子擺動頻率與粒子標準模型的“出入”

一個理論越是完美，就越會受到科學家們的關注，總會想方設法去進行驗證，而這種驗證多數是以“證偽”為主要目的，就像宇宙大爆炸、進化論一樣，粒子物理模型自從上世紀70年代發展起來之後，就一直“享受”著這種待遇。

之所以粒子物理標準模型會如此令科學們著迷，主要原因在於，它能夠非常準確地預測宇宙中基本粒子的行為和規律，拿μ介子來說，標準模型就準確地預測了它的擺動頻率。然而，粒子物理標準模型同樣存在著“缺陷”，比如其中缺少對引力的描述，也沒有涉及可能遍佈宇宙中的神秘暗物質。

所以，在整個宇宙中，或許會存在著標準模型之外的東西，於是科學家們對它的研究樂此不疲，但是大量的實驗，特別是高能粒子加速器投入研究以後，結果總會讓人們“失望”，因為所觀察到的現象，都處在粒子標準模型的預測範圍之內，最有代表性的就是2012年，利用大型強子對撞機，發現了一種標準模型所預測的粒子—希格斯玻色子，使得粒子標準模型體系更加完整，權威性變得更強。

2001年，美國布魯克海文國家實驗室研究發現，粒子標準模型中的μ介子，其擺動頻率似乎比標準模型預測的要稍微快一些，這種現象利用模型很難解釋。自2018年以來，美國費米實驗室研究人員，進一步完善這個實驗，利用大型強子對撞機監測到，μ介子的擺動頻率，的確要比標準模型預測的稍快，在一定程度上說明宇宙中可能存在著額外的粒子，對μ介子的行為產生了影響，而這種影響標準模型並沒有做出預測。

標準模型對μ介子行為的預測

μ介子是一種微觀粒子，它的性質與上世紀30年代發現的電子有很多相似之外，具有負電荷，具有自旋特性，但是它的質量要比電子大得多，是電子的207倍，這些性質使得該介子在磁場中可以表現出比較微弱的擺動，而且磁場越強，擺動的頻率就會越快。

按照標準模型，在量子尺度上，微小的能量波動體現形式，就是粒子對（正粒子和虛粒子）的突然出現和消失，如果μ介子與虛粒子的“背景”相互融合時，就會出現擺動頻率加快的現象，加快的效率約為0.1%，而實現這種擺動頻率增加的環境，就是反常磁矩。

不過，標準模型對μ介子的預測，取決於對宇宙中所有粒子的描述。在已經做出預測的所有粒子中，對μ介子的影響是相對固定的，這也就使得其擺動頻率處在一個“合理”的增幅之中。那麼，假如宇宙中包含著模型沒有預測到的其它粒子，那麼就會影響μ介子的反常磁矩，從而有機率使得μ介子的擺動頻率突破到上述固定區間之外，雖然這種額外的影響微乎其微，但仍然有機率在精密的實驗室中測量出來。

因此，探測μ介子，已經成為新物理學中最具有包容性的活動之一了，如果透過反覆實驗，測量的結果，在消除隨機波動造成的理論預測與實際觀察之間的誤差之後，達到一定的確定性標準之後，仍然存在著“分歧”，那麼就會對之前的粒子標準模型產生衝擊。

費米實驗室所做的努力

費米實驗室的科學家，利用大型強子對撞機撞擊成對的質子，然後透過過濾亞原子碎片來實現μ介子束。之後，μ介子束透過一個14噸重的磁環，在磁力的影響下一圈又一圈執行，在此過程中，μ介子發生衰變形成τ輕子與電子，然後這些粒子順著軌道進入探測器陣列，科學家們根據衰變後的粒子撞擊探測器的頻率，然後計算出之前μ介子擺動的速度有多快。

這個實驗裝置歷經十多年的改進最佳化，其精度已經達到目前階段的最高，其中對μ介子反常磁矩的測量精度，達到了140ppm，是本世紀初布魯克海文實驗室的精度好4倍。透過2-3年的實驗、分析和計算，最終計算的μ介子擺動頻率，仍然要比標準模型預測的高。

據有關科學家介紹，這個實驗還需要再持續做幾年的時間，以使監測統計資料達到確定性標準，也就是誤差達到350萬分之一。不過，費米實驗室現有的觀測結果，無疑為挑戰（或者說是豐富完善）粒子標準模型提供了重要線索，在一定程度上讓我們看到了標準模型之外，存在其它基本粒子的可能性。