科学家将重新测量μ介子磁性,可能暗示了未知的

2019-09-18 作者:奥门金沙手机娱乐网址   |   浏览(157)

原标题:科学家发现的数据异常,可能暗示了未知的物理

科学家将重新测量μ介子磁性

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粒子物理学是一门奇怪的学科。它的关键理论“标准模型”(Standard Model)--我们对物质的基本构成部分如何受四种基本力中的三种力量控制的最好理解,是最经得起考验的科学体系之一,它让研究人员能够在我们真正找到粒子之前几十年就预测到粒子的存在。

研究人员重新测量μ介子的磁性。图片来源:FERMILAB

与此同时,我们知道它是有限的。例如,它不包括引力,或暗能量或暗物质。

物理学家计划会对新物理的“老问题”进行探索。位于美国伊利诺斯州的费米国家加速器实验室的一个研究组将开始精确测量μ介子的磁性。此前的实验表明,μ介子的磁性或比粒子物理学标准模型预测的稍大一些。

这些限制是很重要的,但是在大型强子对撞机(LHC)这样的粒子加速器中测试是非常困难的。目前,研究人员正以几乎相反的方式来处理问题,而不是证明标准模型的许多预测中的一个是错误的。他们在这方面也没有太大的运气,但一项新的研究使我们更接近于这样做。

这将给研究人员几十年来想要的东西:超越标准模型的物理证据,这有望翻开物理学的新篇章。

正如欧洲物理学杂志所报道的,研究人员研究了发生在美介子上的一种特殊粒子衰变,美介子是由一种非常罕见的美反夸克和下夸克(在质子和中子中都发现)构成的一种不稳定粒子。美介子衰变的方式有很多种,都是用标准模型来预测的。然而,观察这些衰变的实验已经从标准模型的预测中发现了轻微的异常,表明这些预测要么是错误的,要么暗示了未知的物理。

μ介子一种带负电,由一个夸克和一个反夸克构成,受到强相互作用力作用,属于强子。其寿命2.20微秒,在此后由于弱相互作用力的作用衰变。

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“物理学现在可以从大自然中获得‘一点爱’。” 这项实验的共同发言人、西雅图华盛顿大学物理学家David Hertzog说。由于世界上最大的粒子加速器——位于瑞士日内瓦附近的大型强子对撞机,未能发现超越标准模型的粒子,物理学家越来越感受到阻碍。

来自苏黎世大学核物理研究所的合著者Marcin Chrzaszcz博士在一份声明中说:“长时间以来,在大型强子对撞机上,人们一直在激烈地寻找一切无法用现在的物理学来解释的东西。”

科学家希望通过这一名为“μ介子g-2”的实验获得梦寐已求的结果。μ介子g-2可以提供一些间接证据,证明这些粒子过于沉重,无法由LHC产生。

“目前,对新粒子或新现象的直接探索仍然没有结果。然而,在含有美介子衰变的数据中发现了一些异常现象。它们一天比一天有趣,因为我们处理的数据越多,我们在描述它们时考虑的影响越多,它们就越明显。”

μ介子是电子更重且不稳定的“表亲”。由于它带电荷,因此会在磁场中旋转。每个μ介子会像微型条形磁铁一样被磁化,将一个μ介子放在与其磁化方向垂直的磁场中,其磁极将像罗盘指针一样旋转或进动。

没有足够的数据来证明这一发现,但有足够的数据让人们对此感到惊讶。

乍一看,理论预测,在磁场中,μ介子的磁性应该以与粒子本身速度相同的速度旋进,因此,如果它开始向飞行方向极化,它就会一直被锁在轨道上。然而,由于量子不确定性,μ介子会在旋转过程中不断释放并重吸收其他粒子。这些粒子在突然来访和离开的过程中产生的烟雾增加了μ介子的磁性,从而使它的进动速度比本身速度略快。

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