C****o
发帖数: 1549 | 1 今天发生了一件轰动物理学界的大事件。
美国费米实验室最新的实验结果，可能颠覆我们50年来都奉为圭臬的粒子物理标准模型。
标准模型是解释夸克、电子等微观粒子的物理模型，在微观领域取得了巨大的成功。10
年前人们发现希格斯玻色子，至此标准模型预言的所有粒子都被发现。
但费米实验室的实验结果指出，世界上可能还有标准模型未能预言的粒子。这篇研究论
文今天发表在顶级期刊《物理评论快报》上。
实验发现，μ子的磁性超出了理论预测，虽然只相差0.1%，但却难以用标准模型解释。
μ子可以说是电子的“表哥”，它和电子的带电量一致，却比电子重207倍。通过测量
表示μ子磁性的g因子，物理学家可能发现了背后隐藏的未知粒子。
什么是g因子
像电子和μ子这样的粒子不仅带电，还具有磁场，就像一个“小磁针”。
要解释这种现象，我们可以把它们看成是高速旋转的小球，电荷转动就会产生磁场。
我们还可以根据这种模型，用经典电磁理论算出电子或者μ子的磁矩。
不过，微观粒子的“自旋”（spin）并不能简单地看成是自转，粒子的真实磁矩，和经
典物理方法算出的磁矩会相差一个倍数，这就是g因子。
如何微观粒子符合经典模型，那么g因子就等于1，然而实际上g因子一般都不等于1，因
为自旋是一种量子力学才能描述的行为。
对于电子和μ子来说，g因子约等于2。因为它俩的自旋都是1/2，相当于一个物体旋转2
圈才能和自己重合。
但是它们的g因子又不完全等于2，至于为什么，我们接下来再说。
g因子为何不等于2
1947年，实验发现电子的g因子约为2.00232。
要解释这一结果，必须要使用量子电动力学（QCD）。和过去的量子力学不同，QCD并不
认为真空空无一物，会无时无刻产生和消失虚粒子，产生量子波动。
物理学家施温格随后在论文中这样解释g因子不等于2的原因：因为电子在真空中会发射
出光子，随后又吸收，从而改变了电子的磁场。
μ子亦是如此。
量子波动越少，对电子或μ子的g因子的影响就越小。
产生虚光子只是一种改变磁矩的方式，电子或μ子也可能产生其他的重粒子，只不过概
率要小得多。
而μ子的比电子重207倍，产生重粒子的概率更大，量子波动更大，对g因子的影响也更
大。
电子的g因子大约是2.002319，μ子大约是2.002332。当然，这些测量值在实验误差范
围内都符合QCD的预测。
数十年来，理论物理学家一直在努力精确计算g因子，另一方面实验物理学家也在不断
提高精度测量g因子。
一旦二者出现了超出预期而又无法解释的偏差，那么可能意味着，与μ子相互作用的粒
子中有我们所未知的。它可能是暗物质粒子，也可能是超对称理论预言的粒子。
μ子的g因子与2的差值是其中的关键，因此这类实验被叫做Muon g-2。
测量g因子
第一个Muon g-2实验是欧洲核子研究中心在1959年做的，结果符合量子电动力学。
美国布鲁克海文实验室之后进行了多次测量。
2006年，物理学家发现μ子磁矩的测量值和理论值差距达到了3.7σ，但仍然很难否认
是实验误差导致的结果。
此后，费米实验室接过了Muon g-2实验，由于经费限制，他们不得不使用布鲁克海文实
验室的磁铁，这是一个直径15米的超导磁环。
由于体积巨大， 这颗核心实验装置先被装船经过海运、河运，最后转移到专门设计的
卡车上，才运达目的地。
△ 实验用到的巨大超导磁环（图片来自美国费米实验室）
物理学家先撞击质子来制造大量的μ子，然后将μ子注入到磁环中。
虽然μ子的寿命极短，只有几微秒，但是它的速度非常接近光速，可以在磁环中运转上
百圈，已经足够完成测量。
磁场中的μ子就像在地面上转轴倾斜的陀螺，自转轴高速地改变着方向（物理学中称之
为“进动”）。
μ子每在磁环中旋转一圈，其自转轴就偏转大约12度。
△ 实验装置原理（图片来自Quanta Magazine）
物理学家要做的就是精确测量磁环内的磁场强度，以及μ子自转轴的偏转速度。通过这
两个数值就能计算出μ子的磁矩，从而得到g因子。
实验结果的计算量非常之大，需要欧洲多个超级计算机中心花费数亿个CPU小时，才能
完成数据处理。
△用于计算μ子磁矩的7台超算之一（图片来自德国尤利希研究中心）
最终，物理学家得到μ子的g因子为2.00233183908，与量子电动力学理论值的偏差为4.
2σ。
这意味着，由统计偏差导致结果异常的概率不超过0.0013％。
意义
现在的发现仅仅是初步结果，物理学家只分析了其中一部分数据，他们还需要一两年才
能完成对所有数据结果的分析。
如果实验结果确实成立，那么将颠覆粒子物理学的标准模型，我们必须改写标准模型，
引入新的粒子。
也有物理学家对此持怀疑态度。还记得2011年那一个超光速的实验发现吗，当科学家以
为颠覆了相对论，结果却是实验电缆没有插牢。
来自CERN的科学家Andreas Crivellin表示：“数据或数据的解释方式可能会误导人。
”他正在与另一位学者合写一篇论文来解释该结果。
“就算最终结果没有改变什么，那么看到理论和实验保持一致也令人兴奋。”宾州州立
大学物理学教授Zoltan Fodor如是说。 |
f***y
发帖数: 4447 | |
p*****h
发帖数: 1369 | |
f****i
发帖数: 1 | 4 搞笑
SM不能解释的问题多了，μ子磁矩算个鸡巴问题
SM最大的问题是质子衰变，这才是最大的灾难，而且一开始有知道了，μ子磁矩算个屁 |
l********e
发帖数: 3986 | |
r*****g
发帖数: 104 | 6 不明白will proton decay in SM? |
n****4
发帖数: 12553 | |
V*******n
发帖数: 1 | |
e*n
发帖数: 1511 | 9 三体星人要打过来了。
：今天发生了一件轰动物理学界的大事件。
： |
b***y
发帖数: 14281 | 10 瞎扯，SM哪有质子衰变问题，是beyond SM的模型基本都有这个问题。
★ 发自iPhone App: ChinaWeb 1.1.5
【在 f****i 的大作中提到】
: 搞笑
: SM不能解释的问题多了，μ子磁矩算个鸡巴问题
: SM最大的问题是质子衰变，这才是最大的灾难，而且一开始有知道了，μ子磁矩算个屁
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C*****l
发帖数: 1 | 11 质子衰变算是大统一，大统一不能算标准模型把
【在 f****i 的大作中提到】
: 搞笑
: SM不能解释的问题多了，μ子磁矩算个鸡巴问题
: SM最大的问题是质子衰变，这才是最大的灾难，而且一开始有知道了，μ子磁矩算个屁
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s*******n
发帖数: 1 | 12 忽悠钱的典型套路
型。
10
【在 C****o 的大作中提到】
: 今天发生了一件轰动物理学界的大事件。
: 美国费米实验室最新的实验结果，可能颠覆我们50年来都奉为圭臬的粒子物理标准模型。
: 标准模型是解释夸克、电子等微观粒子的物理模型，在微观领域取得了巨大的成功。10
: 年前人们发现希格斯玻色子，至此标准模型预言的所有粒子都被发现。
: 但费米实验室的实验结果指出，世界上可能还有标准模型未能预言的粒子。这篇研究论
: 文今天发表在顶级期刊《物理评论快报》上。
: 实验发现，μ子的磁性超出了理论预测，虽然只相差0.1%，但却难以用标准模型解释。
: μ子可以说是电子的“表哥”，它和电子的带电量一致，却比电子重207倍。通过测量
: 表示μ子磁性的g因子，物理学家可能发现了背后隐藏的未知粒子。
: 什么是g因子
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m**c
发帖数: 1012 | |
K**********r
发帖数: 235 | 14 哎，你是真的不懂啊。
你要是说BSM最大问题是质子衰变就靠谱了，没有这个B，差的太远了。
【在 f****i 的大作中提到】
: 搞笑
: SM不能解释的问题多了，μ子磁矩算个鸡巴问题
: SM最大的问题是质子衰变，这才是最大的灾难，而且一开始有知道了，μ子磁矩算个屁
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w****v
发帖数: 2756 | |
Y****1
发帖数: 1 | 16 String theory不早就打破标准模型了吗 |
g********0
发帖数: 6201 | 17 一个物理学家发现，奇数都是质数。他找来两个学生来做实验验证。
学生A找来20以内所有的奇数，他发现 9，15不是质数。他和导师在PRL上发了篇文章，
声称在10%的误差范围内奇数都是质数。
学生A毕业以后，学生B接过他的工作，继续研究。她找来100以内的质数，发现只有25
个。于是她和导师写了篇文章说，奇数都是质数这个结论是正确的，不过在使用的时候
，需要乘以一个蒙混因子(fudge factor)。 |
n********g
发帖数: 6504 | |
b**e
发帖数: 3199 | 19 所以现在要有新理论了。要加入第五种力。
: 不排除是理论值算错了
【在 n********g 的大作中提到】
: 不排除是理论值算错了
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S**********p
发帖数: 331 | 20 这两个学生水平都不如我们生物千老，我们生物千老把10以内的质数测了三遍才发了文
章，结果相当可以重复，大家都很赞。
25
【在 g********0 的大作中提到】
: 一个物理学家发现，奇数都是质数。他找来两个学生来做实验验证。
: 学生A找来20以内所有的奇数，他发现 9，15不是质数。他和导师在PRL上发了篇文章，
: 声称在10%的误差范围内奇数都是质数。
: 学生A毕业以后，学生B接过他的工作，继续研究。她找来100以内的质数，发现只有25
: 个。于是她和导师写了篇文章说，奇数都是质数这个结论是正确的，不过在使用的时候
: ，需要乘以一个蒙混因子(fudge factor)。
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f****i
发帖数: 1 | 21 你们屁都不懂，看到楼上翻墙黄苍粉一叽歪，你们就跟着夏季吧起哄，太鸡巴搞笑了
electro weak chiral anomaly不是standard model?
目前理论框架下导致proton decay的是在哪个部分吗？
你妈是在electro weak,根本不是在色动力学
【在 K**********r 的大作中提到】
: 哎，你是真的不懂啊。
: 你要是说BSM最大问题是质子衰变就靠谱了，没有这个B，差的太远了。
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