科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
美國(guó)能源部費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室主導(dǎo)的μ子g-2實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)3日公布了μ子磁異常的第三次也是最后一次測(cè)量結(jié)果，達(dá)到迄今為止最高的測(cè)量精度——十億分之127（127ppb），超過(guò)最初設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定的140ppb目標(biāo)。這一結(jié)果刷新了全球?qū)Ζ套哟女惓５臏y(cè)量紀(jì)錄。研究論文已提交《物理評(píng)論快報(bào)》期刊。
μ子g-2實(shí)驗(yàn)研究的是基本粒子μ子的“擺動(dòng)”現(xiàn)象。μ子與電子類(lèi)似，但質(zhì)量約為電子的200倍。它們也擁有自旋這一量子力學(xué)性質(zhì)，可被視為微型磁鐵。在外部磁場(chǎng)中，μ子會(huì)發(fā)生進(jìn)動(dòng)，如同陀螺的旋轉(zhuǎn)軸那樣擺動(dòng)，其速率取決于μ子的一個(gè)屬性，即g因子。
理論物理學(xué)家基于標(biāo)準(zhǔn)模型可精確地計(jì)算出g因子。近一個(gè)世紀(jì)前，g的值被預(yù)測(cè)為2，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示它略有偏離，這種偏離被稱(chēng)為“μ子磁異?！?，記為aμ，其定義為（g-2）/2。μ子g-2實(shí)驗(yàn)正是因此得名。
此次費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室公布最終測(cè)得的μ子磁異常值為：aμ=0.001165920705±0.000000000114（統(tǒng)計(jì)）±0.000000000091（系統(tǒng)）。
這一最終結(jié)果采用的數(shù)據(jù)量，是2023年第二次結(jié)果所用數(shù)據(jù)集的3倍多。該數(shù)值也與20多年前在布魯克海文實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的數(shù)值相同，但精度更高，達(dá)到了127ppb。這相當(dāng)于測(cè)量一個(gè)足球場(chǎng)的長(zhǎng)度，而誤差小于一根頭發(fā)的寬度。
μ子磁異常長(zhǎng)期以來(lái)被視為檢驗(yàn)粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的重要工具。此次發(fā)布的最終結(jié)果為未來(lái)的理論計(jì)算設(shè)定了基準(zhǔn)。同時(shí)，日本J-PARC也計(jì)劃開(kāi)展新的μ子磁異常實(shí)驗(yàn)，預(yù)計(jì)于本世紀(jì)30年代初期取得初步結(jié)果。
