科技日報記者 張佳欣
美國能源部費米國家加速器實驗室主導(dǎo)的μ子g-2實驗團(tuán)隊3日公布了μ子磁異常的第三次也是最后一次測量結(jié)果，達(dá)到迄今為止最高的測量精度——十億分之127（127ppb），超過最初設(shè)計時設(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量紀(jì)錄。研究論文已提交《物理評論快報》期刊。
μ子g-2實驗研究的是基本粒子μ子的“擺動”現(xiàn)象。μ子與電子類似，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。在外部磁場中，μ子會發(fā)生進(jìn)動，如同陀螺的旋轉(zhuǎn)軸那樣擺動，其速率取決于μ子的一個屬性，即g因子。
理論物理學(xué)家基于標(biāo)準(zhǔn)模型可精確地計算出g因子。近一個世紀(jì)前，g的值被預(yù)測為2，但實驗結(jié)果顯示它略有偏離，這種偏離被稱為“μ子磁異常”，記為aμ，其定義為（g-2）/2。μ子g-2實驗正是因此得名。
此次費米實驗室公布最終測得的μ子磁異常值為：aμ=0.001165920705±0.000000000114（統(tǒng)計）±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驗室測得的數(shù)值相同，但精度更高，達(dá)到了127ppb。這相當(dāng)于測量一個足球場的長度，而誤差小于一根頭發(fā)的寬度。
μ子磁異常長期以來被視為檢驗粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的重要工具。此次發(fā)布的最終結(jié)果為未來的理論計算設(shè)定了基準(zhǔn)。同時，日本J-PARC也計劃開展新的μ子磁異常實驗，預(yù)計于本世紀(jì)30年代初期取得初步結(jié)果。
