科學家與工程師的差別在於:科學家喜歡意外,而工程師不喜歡意外。
μ介子是物理學中的基本粒子之一,帶一個單位的負電荷,自旋1/2,質量大約是電子的200倍,壽命大約2微秒;由於宇宙射線撞擊大氣層時會產生大量的μ介子,μ介子的壽命又很短,於是到達地面的μ介子數量與μ介子的壽命息息相關,這一原理還被當作狹義相對論時間膨脹效應的直接證據。
標準模型是一套描述強相互作用、弱相互作用和電磁相互作用的物理理論,在過去幾十年間,標準模型取得了非凡的成就,目前為止,幾乎所有粒子物理實驗都符合標準模型的預言,圍繞標準模型頒發的諾貝爾獎有數十個。
按照標準模型的理論預言,在適當的條件下,μ介子的磁矩是一個非常接近但是不等於2的數,這被稱作“g-2”,這個理論值大約是2.00233183620(86)。
早在2001年,科學家就發現了g-2與實驗值存在差異,為了進一步驗證這個差異,科學家幾乎重建了美國費米國家加速器實驗室,製造了一個直徑15米的超導環形加速器,經過多年的準備後,自2018年開始實驗,經過一年多的資料收集,實驗結果顯示g-2的值為2.00233184122(82),與理論值的顯著差異為4.2σ(標準差)。
這個實驗結果讓科學家興奮不已,據實驗參與者Lee Roberts稱:大家都在歡呼,跳上跳下。
但是按照物理學的規矩,這次實驗的標準差還差一點(5σ)才能宣稱是新發現。
研究人員稱:此次公佈的資料只是第一輪實驗的結果,第二輪和第三輪實驗資料還在分析當中,而第四輪實驗在進行當中,第五輪實驗還在計劃當中,目前為止,我們僅分析了實驗6%的資料,未來我們希望將測量精度提高四倍。
費米實驗室的副主任Joe Lykken說:此次發現μ介子的異常磁矩是一項了不起的成就,它將在今後的幾年中,指導物理學修正標準模型。
自上世紀七十年代以來,標準模型通過了所有物理實驗的檢驗,並以令人驚訝的精度預測了幾乎每一次實驗資料。
此次μ介子的異常磁矩被證實,讓標準模型開始動搖,就如當初邁克爾遜-莫雷實驗讓經典物理動搖,τ-θ之謎讓宇稱守恆動搖一樣,說不定μ介子異常磁矩的背後,還有一種全新的相互作用(第五種基本力)未被發現,或者將徹底革命標準模型,甚至是隱藏了宇宙的終極理論。