亚原子粒子的奇怪行为可能会撼动物理学

亚原子粒子的奇怪行为可能会撼动物理学

来看头条扯科技新闻，在美国实验室的一项实验中，一种称为μ介子的亚原子粒子的奇特摆动让科学家们越来越怀疑他们在对物理学的理解中遗漏了一些东西——也许是某种未知的粒子或力。

周四，研究人员在伊利诺伊州巴达维亚美国能源部费米国家加速器实验室进行的实验中宣布了关于μ子（发音为MEW-on）的新发现，μ子是一种带负电的磁性粒子，与电子类似，但质量大200倍。

该实验研究了μ子穿过磁场时的摆动。与电子一样，μ子也有一个微小的内部磁铁，导致它在磁场中像旋转陀螺的轴一样摆动，或者从技术上来说，“进动”。

但实验中测得的摆动速度与基于粒子物理学标准模型的预测存在很大差异，该理论解释了物质的基本组成部分如何相互作用，并受宇宙中四种基本力的控制。

当研究人员试图理清理论预测与实际实验结果之间的差异时，基于2021年发布的数据的新发现继续暗示着一些神秘因素在起作用。

“我们正在寻找迹象表明μ子正在与我们不知道的东西相互作用。它可能是任何东西：新粒子、新力量、新维度、时空新特征，任何东西，”布伦丹·凯西说，费米实验室的资深科学家，也是发表在《物理评论快报》杂志上的研究论文的作者之一。

“我喜欢疯狂，所以我希望这是洛伦兹破缺或时空本身的其他新属性之类的东西。这将是疯狂和革命性的，”凯西补充道。

凯西提到了一种称为洛伦兹不变性的原理，该原理认为物理定律在任何地方都是相同的。

“是的，可以公平地说，它可能指向未知的粒子或力量，”伦敦大学学院物理学家兼研究合著者丽贝卡·奇斯莱特说。“目前由于理论界的新结果，很难确切地说出两者（预测的μ子行为和观察到的行为）之间的差异是什么，但理论家正在努力解决这个问题。”

该实验在零下450华氏度（零下268摄氏度）的温度下进行。研究人员将μ子束射入直径为50英尺（15米）的甜甜圈形超导磁存储环中。当μ子以接近光速的速度围绕环快速移动时，它们与其他亚原子粒子相互作用，这些亚原子粒子就像微小的舞伴一样，改变了它们的摆动。

2021年的结果同样显示出异常波动。新结果基于四倍的数据量，增强了人们对研究结果的信心。

奇斯莱特说：“有了所有这些新知识，结果仍然与之前的结果一致，这非常令人兴奋。”

研究人员希望在大约两年内利用所有收集到的数据公布他们的最终发现。

“该实验测量μ子在磁场中旋转的速度。这个概念很简单。但要达到所需的精度，需要花费数年时间构建实验并获取数据。我们获取了2018年至2023年的数据。新结果基于我们的2019年和2020年的数据，”凯西说。

凯西补充说：“我们必须要有耐心，因为我们需要标准模型预测来跟上我们的步伐，以便我们能够充分利用我们的数据。”“我们也感到非常困惑，因为有不同的方法来预测我们的实验应该看到什么，但它们并不一致。因此，我们必须忽略一些非常基本的东西，这非常有趣。”