費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室著手 重測(cè)μ介子磁性

劉霞

據(jù)美國(guó)《科學(xué)》雜志網(wǎng)站1月26日?qǐng)?bào)道，費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室190名科學(xué)家已著手精確測(cè)量μ介子的磁性。此前的實(shí)驗(yàn)表明，μ介子的磁性或比粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的稍大一些，如果最新實(shí)驗(yàn)證實(shí)這一點(diǎn)，有望翻開物理學(xué)的新篇章。

μ介子是電子更重且不穩(wěn)定的“表親”，它帶電荷，會(huì)在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)。每個(gè)μ介子會(huì)像微型條形磁鐵一樣被磁化，將一個(gè)μ介子放在與其磁化方向垂直的磁場(chǎng)中，其磁極將像羅盤指針一樣旋轉(zhuǎn)或進(jìn)動(dòng)。由于量子不確定性，μ介子會(huì)在旋轉(zhuǎn)過程中不斷釋放并重吸收其他粒子。

科學(xué)家表示，μ介子可釋放和重新吸收任何粒子，因此，它的磁性會(huì)標(biāo)識(shí)所有可能的粒子——甚至是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）無法制造出的太重的新粒子，這將有助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新物理學(xué)。LHC一直未曾發(fā)現(xiàn)超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新粒子，科學(xué)家希望通過這一名為“μ介子g-2”的實(shí)驗(yàn)獲得夢(mèng)寐以求的結(jié)果。

1997年到2001年，布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的g-2團(tuán)隊(duì)通過將數(shù)千個(gè)粒子投射到直徑45米的環(huán)形真空室（夾在超導(dǎo)磁體之間），對(duì)μ介子的磁性進(jìn)行了測(cè)量，并報(bào)告稱其磁性比標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的稍大一點(diǎn)，他們猜測(cè)，這種異常是由與未知粒子的相互作用導(dǎo)致的。隨后理論學(xué)家在標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)錯(cuò)誤，所以，這一結(jié)果并沒有激起多大水花。2004年再次測(cè)量時(shí)，這種差異又出現(xiàn)了，不過，此時(shí)理論學(xué)家已改進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)模型計(jì)算。

目前，這個(gè)差異信號(hào)的強(qiáng)度在3.5西格瑪以內(nèi)——小于宣稱為發(fā)現(xiàn)所需要的5西格瑪。2013年，g-2團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)戰(zhàn)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室，他們將磁場(chǎng)均勻度提高了3倍，可以生成更純粹的μ介子束。波士頓大學(xué)g-2物理學(xué)家李·羅伯茨表示，這幾年來，團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是收集比在布魯克海文實(shí)驗(yàn)室期間多21倍的數(shù)據(jù)，希望明年能獲得測(cè)量結(jié)果，這可能將差異推到5西格瑪以上。