宾夕法尼亚州立大学 艺术家对μ子磁矩之谜的构想——μ子是一种类似于电子但比电子重的亚原子粒子(由希腊字母μ表示)
对μ介子磁场强度的新估计缩小了理论和实验测量之间的差距，使其符合粒子物理的标准模型
荣誉:宾夕法尼亚州立大学丹尼·泽姆巴 对μ介子(一种类似于电子但比电子重的亚原子粒子)周围磁场强度的新估计缩小了理论和实验测量之间的差距，使其符合指导粒子物理学几十年的标准模型
一篇描述国际科学家团队研究的论文发表在2021年4月8日的《自然》杂志上
20年前，在布鲁克海文国家实验室的一项实验中，物理学家发现了μ介子“磁矩”——其磁场强度——的测量值与该测量值的理论计算值之间似乎存在差异，这增加了尚未发现的物理粒子或力的诱人可能性
新的发现缩小了这种差异，表明μ子的磁性可能一点也不神秘
为了实现这一结果，研究人员不再依赖实验数据，而是从头开始模拟他们计算的各个方面——这项任务需要巨大的超级计算能力
宾夕法尼亚州立大学物理学教授、研究小组组长Zoltan·福多尔说:“自然界的大多数现象都可以用我们称之为‘标准模型’的粒子物理学来解释。”
“仅基于这一理论，我们就可以极其精确地预测粒子的性质，所以当理论和实验不匹配时，我们会兴奋地发现一些新的东西，一些超出标准模型的东西
" 对于标准模型之外的新物理发现，物理学家一致认为，理论和测量之间的分歧必须达到5西格玛——一种统计测量，相当于大约1/3的概率
五百万
在μ介子的例子中，对其磁场的测量与现有的理论预测相差约3
7 sigma
耐人寻味，但不足以宣布发现了物理学规则的新突破
因此，研究人员着手改进测量和理论，希望要么调和理论和测量，要么将西格玛提高到一个水平，使新物理学的发现得以宣布
“现有的估算介子磁场强度的理论依赖于实验性的电子-正电子湮没测量，”福多尔说
“为了有另一种方法，我们使用了完全经过验证的理论，该理论完全独立于对实验测量的依赖
我们从相当基本的方程开始，从头开始构建整个评估
" 新的计算在欧洲的多个超级计算机中心需要数亿个中央处理器小时，并使理论与测量相一致
然而，故事还没有结束
新的、更精确的介子磁矩实验测量有望很快实现
“如果我们的计算是正确的，并且新的测量没有改变这个故事，看来我们不需要任何新的物理来解释μ子的磁矩——它遵循标准模型的规则，”福多尔说
“尽管新物理学的前景总是诱人的，但看到理论和实验相一致也是令人兴奋的
它展示了我们理解的深度，并为探索开辟了新的机会
" 兴奋远未结束
“我们的结果应该被其他小组反复核对，我们期待着他们，”福多尔说
“此外，我们的发现意味着以前的理论结果和我们的新结果之间存在矛盾
应该理解这种差异
此外，新的实验结果可能接近旧的或更接近以前的理论计算
我们面前有许多年的兴奋
"
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