物理学家解开了介子之谜。现在，旧的结果不再成立

家庭物理学家解决了一个巨大的量子之谜。现在，旧的结果不再成立。评论 保存文章 稍后阅读 分享 Facebook 已复制！复制链接 发送电子邮件 Pocket Reddit Ycombinator 评论 评论 保存文章 稍后阅读 稍后阅读 粒子物理学物理学家解决了一个巨大的量子之谜。现在，旧的结果不再成立。作者：马特·冯·希佩尔，2026 年 7 月 29 日 新的计算似乎解决了一个长达 25 年的粒子物理难题。但他们也与其他实验结果产生了冲突。伊利诺伊州费米国家加速器实验室的物理学家使用巨型磁环精确测量μ子摆动的程度多年后，研究人员仍然对结果感到困惑。 Reidar Hahn/费米实验室 简介 25 年来，物理学家一直对一个明显的百万分之一的问题感到困惑。他们对某些粒子在磁场中摆动方式的期望与他们在实验中看到的相冲突。这种差异是一个令人震惊的暗示，表明他们可能看到了未知粒子的证据。但到了 2021 年，这种暗示似乎消失了。当研究人员更新他们的理论计算方式时，他们发现他们的预测与实验结果的匹配比以前更加精确，达到千亿分之一。但这反过来又产生了另一个谜题：旧的计算似乎完全有效。那么为什么它们与新的计算不匹配呢？那些较早的预测并非纯粹基于理论；而是基于理论。它们也是从其他实验中推断出来的。如果旧的计算与新的结果相冲突，并且旧的计算是基于实验数据，那么那些旧的实验中是否发生了奇怪的事情？一个有希望的线索来自西伯利亚的一台粒子对撞机，该对撞机最近开始发现它的实验与它和其他对撞机过去所看到的有很大不同。它的结果引发了一系列的活动，物理学家试图确定这些相互矛盾的测量结果是否是不同实验程序的副作用，或者到底是新粒子出现的迹象。奇怪的摆动 谜团的中心粒子是μ子，它是电子的一个较重的表亲。 μ子的行为有点像一个微小的条形磁铁。在磁场中绕一圈旋转，磁性会使它摆动，画出自己的更小的圆圈。这些圆圈的大小由称为“g 因子”的数字决定。如果 μ 子与其他粒子隔离，则其 g 因子将恰好为 2。但量子理论要求所有其他粒子都会影响 g 因子。当μ子摆动时，它会释放出光子等粒子，这些粒子的寿命太短，无法出现在探测器中。它们可以释放其他颗粒，而其他颗粒又可以释放更多颗粒。 μ 子很快重新吸收了所有这些转瞬即逝的粒子，它们留下的唯一痕迹就是 μ 子进一步摆动了一点。通过这些复杂的发射和重吸收链，存在的每个粒子都会对μ子的运动产生一些微小的影响。塞缪尔·贝拉斯科 (Samuel Velasco)，马克·贝兰 (Mark Belan)/量子杂志 这使得过度摆动（μ子的“g –2”）的精确大小成为进入量子世界的一扇无价之窗。伦敦大学学院高级研究员 Alex Keshavarzi 表示：“μ 子 g –2 的测量可以作为衡量宇宙中存在多少粒子的指标。”因此，当 2001 年长岛布鲁克海文国家实验室的一项实验测量 μ 子的 g 因子时，物理学家们很高兴它的结果比预期的要大。对一些人来说，它暗示新粒子——甚至可能是可以解释暗物质的粒子——正在发挥作用。物理学家开始通过更精确的测量来检查结果。 2013 年，布鲁克海文的 50 英尺宽的磁环通过一系列精心设计的驳船和卡车运送到伊利诺伊州的费米国家加速器实验室 (Fermilab)，在那里该实验的升级版本将获取更多数据。为了准备这项新实验，物理学家还付出了巨大的努力来理解与数据不一致的理论预测。他们面临的挑战是极其详细地了解 μ 子的发射和重吸收链。特别是，与自然界四种基本力相关的粒子在这些链中的参与程度有多少？对于自然四种力中的三种，计算很简单。引力是如此微弱，以至于物理学家可以完全忽略它。电磁力和弱核力都可以使用标准技术推导出来。然而，强大的力量却不是那么容易对付的。这种力将夸克粒子紧密地结合成质子和中子等复合粒子。标准的理论技术不适用于强力。因此物理学家必须发挥创造力。 Keshavarzi 在 2018 年的博士论文中帮助磨练了另一种方法