研究结果来自美国μ介子g-2实验

芝加哥附近的科学家表示，他们可能越来越接近发现一种新的自然力量的存在。

他们发现了更多证据，证明亚原子粒子（称为μ子）的行为并不像当前亚原子物理理论所预测的那样。
科学家认为，可能有一种未知的力量作用于μ子。

需要更多的数据来证实这些结果，但如果它们得到验证，这可能标志着物理学革命的开始。

我们每天经历的所有力都可以归结为四类：重力、电磁力、强力和弱力。这四种基本力控制着宇宙中所有物体和粒子如何相互作用。

这些发现是在美国一家名为费米实验室的粒子加速器设施中得出的。他们以 2021 年宣布的结果为基础，其中费米实验室团队首次提出了第五种自然力的可能性。

费米实验室高级科学家布伦丹·凯西博士表示，从那时起，研究小组收集了更多数据，并将测量的不确定性降低了两倍。

“我们确实在探索新领域。我们正在以前所未有的精度确定（测量）。”

在一项名为“g 减二 (g-2)”的实验中，研究人员将称为 μ 子的亚原子粒子围绕直径 15m 的环加速，并以接近光速的速度循环约 1,000 次。研究人员发现，由于新的自然力的影响，它们的行为方式可能无法用当前的理论（称为标准模型）解释。


科学家表示，他们发现了新自然力量存在的“有力证据”

尽管数据很充分，但费米实验室团队尚未得到确凿的证据。

他们原本希望现在就能实现，但由于理论物理学的发展，标准模型所说的 μ 子摆动量的不确定性已经增加。

从本质上讲，实验物理学家的目标已经转移。


费米实验室位于芝加哥附近，占地 2,700 公顷，是美国首屈一指的粒子物理实验室

研究人员相信，他们将获得所需的数据，并且理论上的不确定性将在两年内缩小，足以让他们实现目标。也就是说，欧洲大型强子对撞机（LHC）的一个竞争对手团队希望首先到达那里。

伦敦帝国理工学院的米特什·帕特尔博士是大型强子对撞机上数千名试图寻找标准模型缺陷的物理学家之一。他告诉 BBC 新闻，第一个发现与标准模型不一致的实验结果的人将成为物理学史上的突破之一。

“测量与标准模型预测不符的行为是粒子物理学的圣杯。它将点燃我们理解革命的发令枪，因为该模型已经经受了 50 多年的所有实验测试。 ”

费米实验室表示，其下一组结果将是理论与实验之间的“终极对决”，可能会发现新的粒子或力。


欧洲大型强子对撞机的科学家们也在竞相寻找与标准模型的不一致之处

那么什么是标准模型？为什么获得与其预测不太相符的实验结果如此重要？

我们周围世界的一切都是由原子组成的，而原子又是由更小的粒子组成的。它们相互作用产生四种自然力：电和磁（电磁力）、两种核力和重力。

他们的行为是由标准模型预测的，五十年来它一直完美地预测他们的行为，没有任何错误。

μ 子类似于绕原子运行并产生电流的电子，但它们的质量大约是电子的 200 倍。

在实验中，使用强大的超导磁铁使它们摆动。


星系彼此加速分离的速度比标准模型预测的要快

结果表明，μ子的摆动速度比标准模型所说的摆动速度要快。该项目的主要研究人员之一、利物浦大学教授格拉齐亚诺·韦南佐尼 (Graziano Venanzoni) 说，这可能是由一种未知的新力量造成的。

“我们认为可能存在另一种力量，一种我们现在还不知道的力量。它是不同的东西，我们称之为‘第五力量’。

“这是一些不同的东西，一些我们还不知道的东西，但它应该很重要，因为它讲述了一些关于宇宙的新东西。”

如果得到证实，这可以说是自爱因斯坦相对论以来一百年来最大的科学突破之一。这是因为第五种力以及与之相关的任何粒子都不属于粒子物理标准模型的一部分。

研究人员知道，存在着他们所描述的“超出标准模型的物理学”，因为当前的理论无法解释天文学家在太空中观察到的许多事物。

其中包括这样一个事实：在创造宇宙的大爆炸之后，星系继续加速分离，而不是膨胀减慢。科学家表示，加速是由一种称为暗能量的未知力量驱动的。

根据我们对星系中物质含量的了解，星系的旋转速度也超出了应有的速度。研究人员认为，这是因为称为暗物质的不可见粒子，它也不属于标准模型的一部分。

研究结果发表在《物理评论快报》杂志上。