在观察亚原子粒子的特殊“摆动”后，科学家们即将确定一种新的自然力。
在位于伊利诺伊州巴达维亚的美国能源部费米实验室，专家们将类似于电子的微小μ介子快速穿过一个直径 50 英尺的环。
μ子磁性“摆动”的测量无法用粒子物理学的标准模型来解释——可能暗示存在某种未知的第五力。
由于当宇宙射线撞击地球大气层时，μ子会自然形成，因此这些结果可能会改变我们对宇宙运作方式的看法。
这些发现支持了 2021 年的早期发现，但分析的数据量增加了四倍多，强化了“新物理学”的主张。
Muon g-2 环位于其探测器大厅中美国能源部位于伊利诺伊州巴达维亚的费米国家加速器实验室 (Fermilab)
什么是μ介子？
μ子是带负电的基本亚原子粒子，与电子类似，但质量约为电子的 200 倍。
重要的是，μ子也具有磁性，并且在强大磁场中旋转时会摆动。
它们的磁矩描述了它们固有磁铁的强度，以及周围磁场导致粒子摆动或“进动”的程度。
广告费米实验室的科学家在周四提交给《物理评论快报》杂志的一篇研究论文中详细介绍了他们的工作。
“我们正在寻找 μ 子正在与我们未知的东西相互作用的迹象，”该研究的作者、费米实验室的高级科学家布伦丹·凯西 (Brendan Casey) 说。
“它可以是任何东西——新粒子、新力量、新维度、时空新特征，任何东西。”
“这将是疯狂的和革命性的，”他说。
几个世纪以来，科学家们一直试图弄清楚在“亚原子”水平上发生的事情，涉及比原子更小的粒子。
原子是我们能看到和触摸到的物质的基本单位，它们结合形成分子（分子又形成固体、气体和液体）。
物理学家利用 20 世纪 70 年代初开发的标准模型理论描述了宇宙在基本亚原子层面上的运作方式。
它表明宇宙中的一切都是由一些称为基本粒子的基本构件组成的，受四种力的控制——强力、弱力、电磁力和引力。
μ 子，类似于电子，以接近光速的速度循环数千次，试图测量它们如何随时间“摆动”
称为 Muon g-2 实验，当粒子沿着 50 英尺长的磁轨行进时，它们会偏离标准 0.1%已使用 50 年的模型
阅读更多内容，发现第五种自然力的“有力”证据
研究人员旨在通过观察 μ 子的摆动来测量它们的磁性他们绕着巨大的磁铁旅行
在 20 世纪，它成为一种经过充分检验的物理理论，并精确预测了多种现象。
但是，该模型无法解释现代物理学中一些最深奥的谜团，包括暗物质是由什么构成以及宇宙中物质和反物质的不平衡。
为了帮助解开其中一些谜团，研究人员一直在寻找行为方式与标准模型中预期不同的粒子。
< p class="mol-para-with-font">费米实验室最近的实验（称为 Muon g-2）研究了 μ 子在磁场中传播时的摆动。μ子（发音为mew-on）是一种带负电的磁性粒子，与电子类似，但质量大200倍。
当宇宙射线撞击地球大气层时，它们自然形成。
重要的是，μ子也具有磁性，并且在强大磁场中旋转时会摆动。
μ子像电子一样，有一个微小的内部磁铁，导致它摆动 - 或者，从技术上讲，“进动” - 就像一个轴一样陀螺。
它测量“磁矩” - 物体与磁场对齐的趋势的测量< /p>
了解更多 宇宙的基本粒子之一比我们想象的要重
< p class="imageCaption">W 玻色子负责使太阳发光和粒子衰变的核过程 广告 费米实验室实验 – 在难以想象的 -268C (-450F) 低温下进行将 μ 子束发射到直径为 50 英尺（15 米）的环形超导磁存储环中。
μ子以接近光速的速度在环中循环数千次，试图测量它们随着时间的推移如何“摆动”。
当μ子快速移动时，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。
排列在环上的探测器使科学家能够确定μ子“进动”的速度。
与 2021 年的结果类似，实验中测得的摆动速度与基于标准模型的预测存在很大差异。
μ子的“磁矩”——物体与磁场对齐的倾向的度量——作为粒子自旋的函数，用字母表示g，根据理论应该略大于 2。
但是，新公布的测量结果发现磁矩强了约百万分之 0.2 ，虽小但意义重大。
这项新工作复制并改进了纽约布鲁克海文国家实验室之前的一项实验，该实验室 2006 年的结果首次表明 μ 子的行为与标准型号。
费米实验室的后续测量更加确定地强化了这一结果，但新结果更是如此。
2021 年的结果同样显示出异常摆动，但新结果基于四倍的数据量，增强了人们对研究结果的信心。
这项新工作复制并改进了纽约布鲁克海文国家实验室之前的实验
该团队仍在努力整合三年多的研究成果将数据整合在一起，对 μ 子的所谓“磁矩”进行结论性测量。
最终，这些发现继续暗示着一些神秘因素在起作用 - 可能“未知粒子或力量”的重要性可与 2012 年发现希格斯玻色子相媲美。
“有了所有这些新知识，结果仍然一致伦敦大学学院的研究合著者丽贝卡·奇斯莱特博士说：“与之前的结果相比，这是非常令人兴奋的。”
结果进一步强化了我们团队之前对μ子反常磁矩的精确测量，在测试标准模型和更深入地探索亚原子世界方面达到了前所未有的精度。
解释：物理标准模型描述了物质的基本结构宇宙
自 20 世纪 30 年代以来，成千上万物理学家的理论和发现带来了对物质基本结构的非凡洞察。
宇宙中的一切都是由一些称为基本粒子的基本构件组成，并受四种基本力的控制。
我们对这些粒子和三种力如何相互关联的最佳理解封装在粒子物理学的标准模型中。
我们周围的所有物质都是由基本粒子组成的，基本粒子是物质的组成部分。
这些粒子以两种基本类型出现，称为夸克和轻子。每个粒子由六个粒子组成，这些粒子成对或“一代”相关。
宇宙中所有稳定的物质都是由属于第一代的粒子组成的一代。任何较重的粒子都会迅速衰变到下一个最稳定的水平。
宇宙中还有四种基本力在起作用：强力、弱力、电磁力和引力。它们的作用范围不同，强度也不同。
重力是最弱的，但范围无限。
电磁力也有无限范围，但比重力强许多倍。
弱力和强力仅在超过范围非常短，仅在亚原子粒子水平上占主导地位。
标准模型包括电磁力、强力和弱力及其所有载体粒子，并且很好地解释了这些力如何作用于所有物质粒子。
但是，我们日常生活中最熟悉的力——重力，并不属于该标准的一部分模型，并将重力舒适地融入到这个框架中已被证明是一个艰巨的挑战。
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