您可能会认为，当实验得出的结果与他们的理论所预测的结果不同时，粒子物理学家会感到难过，但是没有什么能像无法阐明的征象那样照亮领域。确实，粒子物理学家一贯在猖獗地探求与标准模型的偏差。今年，有诱人的迹象表明，新的实验结果将证明理论与实验之间长期未办理的差异。
特殊是，丈量μ子磁矩的追求始于六十多年前，从那时起，它的丈量就更加精确了。从1959年在瑞士欧洲核子研究中央进行的一项实验到世纪之交在布鲁克黑文，再到今年在费米实验室的结果，该μ子的磁矩彷佛与理论预测相抵牾。
只管基本打消了统计fl形，但该值还依赖于并非完备同等的繁芜理论打算。与其说这是物理学的新纪元，不如说是另一个头条新闻，太好了，难以置信。但是一些物理学家正在用低沉的语调喃喃地说“新粒子”。让我们看看所有的大惊小怪。
电子大哥
介子常日被称为电子的老大哥：它是带有负电荷的基本粒子，比它的小老哥重约200倍。ons子无处不在，由于它们是在宇宙射线撞击到我们大气中的原子时产生的。如果伸脱手，可能每秒都会有一个介子通过。为了研究μ子，它们也可以利用仿照我们大气中发生的反应的粒子加速器人工生产。然后可以将天生的介子束循环并存储在大磁环中。
介子具有自旋和电荷，会产生磁矩，从而丈量其磁场的强度和方向。您可以想象诸如微型永久磁铁之类的介子，当放置在外部磁场中时其方向会对齐。“ g因子”是磁矩和自旋之间的无量纲比例常数。
利用一些有趣的数学运算，可以从Dirac方程中计算出介子（或电子）的g因子，得出的数值恰好为2。但这不是全部的事实：在量子电动力学（QED）中， “虚拟”粒子只要它们足够快地涌如今海森堡不愿定性事理的掩护之下，它们就可以溘然涌现或消逝。存在的循环不存在导致打算中的校正项。对付μ子，回路校正会导致g因子不完备为2，而是2.00233183620，该差异称为μ子的非常磁矩。
您所须要的只是一块巨大的磁铁CERN的g-2实验的实验装置。介子从左下角进入磁铁，然后以螺旋形路径向右传播，然退却撤退出并进行剖析。图片来源：G。Charpak等。
1959年，欧洲核子研究组织（CERN）决定进行一项实验，该实验应考验量子电动力学的有效性，该预测了μ子的非常磁矩。由于忽略了常日的传统而提出了创造性的首字母缩写，因此该实验简称为“ g-2”（读作“ gee减去2”）。
在实验中，将来自欧洲核子研究组织（CERN）同步回旋加速器的质子束射向目标，以产生一束立即分解为μ子的介子。然后，该μ子束进入六米长的磁铁中。
磁场垂直于介子束定向，这导致介子波折成圆形路径。磁场也从左到右变革，这是通过将精确打算出的垫片小心地插入磁体中来实现的。这导致介子从左到右缓慢漂移，形成螺旋曲线。
在此磁场中，μ子的自旋像MRI机器中质子的自旋一样摆动（进动）。在磁铁的右端，μ子被弹出，并剖析其相对付动量的旋转方向。根据该丈量，可以打算出非常磁矩，由于它对轨道频率和自旋进动频率之间的差异很敏感。开始后仅六个月，实验得出了一个结果g = 2.001165±5，与当时的理论值非常吻合，从而证明了QED的有效性。在接下来的几年中，第二个精度提高了25倍的实验实际上创造了理论和丈量之间的差异，但是在理论家完善他们的模型之后，这种差异消逝了。CERN的第三个也是末了一个实验以惊人的0.0007％（7 ppm）的准确性证明了这一新的理论结果。
理论与实验之间的张力1984年，美国接管了对μ子非常磁矩的调查。他们利用布鲁克海文国家实验室（BNL）的质子加速器，对CERN丈量进行了一些改进。个中包括更高的质子强度，直径14 m的超导磁体（当时是天下上最大的磁体），更高效的μ子注入，μ子束的静电聚焦以及定制的400 MHz波形数字化仪。实验的目的是要达到0.35 ppm的精度，以便检讨由CERN前一年创造的W和Z玻色子引起的环路校正。
为了得到客不雅观结果，互助利用了“盲法剖析”。这是粒子物理学中利用的一种常见技能，可以避免人们剖析数据时意外地倾向某个结果。它类似于医学研究中利用的双盲随机临床试验。在BNL实验中，由两个不同的小组进行了数据剖析，以得到可以打算出g-2的两个频率。此外，每个频率都有一个人为引入的偏移量，数据剖析团队不知道这些偏移量，只有在确定结果后才将其减去。
当终极的数据采集事情于2001年结束时，根据理论打算结果，综合结果与理论相差2.2 – 2.7个标准差。这引起了很多关于是否可能暗示新物理学的谈论，由于尚未创造的粒子将导致对理论打算值的附加校正项。与所有其他结果一样，当然也没有那么大的可能性了，它仅仅是统计颠簸，在2.7个标准差的情形下是不可能的，但是历史证明这根本不可能。另一个无聊的阐明是实验中一些无法阐明的系统缺点。
而且理论值本身并不是防弹的。这是由于对粒子回路进行了大量校正，这些校正涉及无法从理论上打算出的强烈相互浸染的粒子。取而代之的是，理论家利用从其他实验中测得的这些粒子的生产率来近似校正项。
期待已久的结果g-2的理论和实验值得择要。理论上的共识值与实验结果相抵触，而新的晶格打算与其不愿定性相吻合。图片来源：V。ALTOUNIAN / SCIENCE
2013年，BNL实验的超导磁体被运送到芝加哥附近的费米实验室3,200英里，以便利用其更强的μ子束重复该实验。由于理论和实验之间的紧张关系在过去20年间一贯没有得到办理，因此物理学界急迫希望得到这一结果。
几周前，费米实验室（Fermilab）揭橥了他们的第一个结果，该结果又通过盲目剖析得到，盲法剖析将主时钟的频率委托给互助之外的其他两名物理学家。解开数据后，很明显，该结果证明了BNL的丈量结果。
理论和实验之间的总张力现在为4.2标准偏差，仅比5个标准偏差阈值短一点，可以声称有一个新创造。只管如此，理论值和实验值之间的差异仍旧很大，以至于随机发生的可能性约为1到40,000。只管两个独立的实验利用相同的技能和一些相同的设备，但结果还是可以通过两次独立的实验得到证明，因此实验性的拧紧也不可能。
具有讽刺意味的是，理论上的代价可能是怪罪。实际上，在费米实验室揭橥研究结果的同一天，《自然》杂志上揭橥了一篇新的理论论文，但该论文自去年以来已经作为预印本面世，其得出的值实际上与实验数据符合。这个新的理论值是利用超级打算机上运行的所谓晶格打算完备从头开始打算的。但是，该结果与理论共识值相去甚远，尚需其他独立打算予以证明。但是正如前面提到的，在理论家重新评估他们的模型之后，理论和实验之间的紧张关系就消逝了。当理论和实验相互磨合时，它们都变得更加清晰。
因此，目前的粒子物理学标准模型是否终极被破解还不清楚。许多人疑惑g-2的结果是由于有新粒子引起的，由于我们该当已经在LHC等当前的粒子对撞机中看到了它。另一方面，它可能就在面前，对当前或不久将来的对撞机都可以创造。同时，费米实验室（Fermilab）已经在忙于剖析他们的一些最新数据，并且仍在连续网络数据，因此我们可以期待很快得到更准确的g-2值。该主题绝对是当前粒子物理学中最激动民气的主题之一，值得关注。
