年4月7日，费米国度加速器实验室（简称费米实验室）宣布，缪子反常磁矩实验的一期数据剖析显现，缪子在绕磁环运动时有一个较大的摇晃幅度，和规范模型计算出的预测状况不符。
这是一场逾越多公里的漫长又战战兢兢的游览——6月24日，从纽约长岛动身，先是沿着美国东海岸向南抵达佛罗里达的顶角，然后进入墨西哥湾，这就花了一个月，然后沿着田纳西-汤比格比水路向上进入密西西比河，伊利诺伊河和德斯普兰斯河，在7月20日抵达伊利诺伊州的港口。一辆经过特殊改造过的卡车曾经等候在码头，7月26日清晨4时7分，在美国费米国度加速器实验室门前的草坪上，人举起了手，欢送“它”的到来。它是一个重吨、宽约15米的宏大超导磁环，在年夏天，以“尽可能坚持精度”的共同方式从纽约的布鲁克海文国度实验室运输到费米。经过一连串复杂的调试后，这套设备于年开端正式运转。费米特有的强大加速器源源不时地为磁环注入一种特殊的粒子——缪子（子），就像电子一样，它在磁环中停止着一种近似地球盘绕太阳的运动，既自转又公转，不过自转的方向不时偏离，直到衰变出一个电子——而它，有可能成为解码人类和宇宙奥妙的钥匙，并暗示着“新物理”的到来。年4月7日，费米国度加速器实验室（简称费米实验室）宣布，缪子反常磁矩实验的一期数据剖析显现，缪子在绕磁环运动时有一个较大的摇晃幅度，和规范模型计算出的预测状况不符。这引发了物理学界的震荡。在4月7日的发布会上，费米实验室缪子反常磁矩实验的担任人克里斯·波莉说，发作这种偏向一定是出了什么问题，可能有一些躲藏的东西在发挥作用。它们是什么？可能是一种新粒子或第五种作用力，也可能缪子内部还有更深化的构造。这些猜想全部令人十分兴奋，由于它们都指向了一种超出规范模型之外的新物理。极小的偏向规范模型是人类目前能找到的最准确的对微观世界的解释，是整个粒子物理学的根基，描绘了构建宇宙的根本粒子和互相作用。科学家以为，世界是由17种根本粒子构成，缪子是其中一种。它是电子的表亲，质量是电子的倍，能够简单了解成“更胖的电子”，除此以外其他性质都相同：都带一个单位电荷（正或负），自旋为1/2，也就是转两圈后，会回到初始状态。年，物理学家在宇宙射线中发现了缪子的存在。当太阳抛射出来的高能质子进入地球时，与外层大气发作碰撞，产生了缪子，它以光速冲向空中，穿透力很强，能够深化2米的岩层之下。从发现以来，缪子不断有一些无法解释的奇异现象，比方磁矩的偏向。缪子会像陀螺一样自转，在这个过程中本身会产生磁场，磁矩就反映磁场的量度。理论物理学家以为，无论电子还是缪子，将磁矩停止某种固定的除法运算后会得到一个常数比值，也就是g因子，依照规范模型，g应该是2.……能够不断准确到小数点后11位，但实验中发现，缪子的g因子总会和理论预测值产生一定偏向，g-2反映的就是这个偏向。这种磁矩上呈现的反常，就是缪子反常磁矩问题。这种偏向其实很微小，要不断读到小数点后七位才会发现，但在微观粒子世界，任何预测之外极小的变化背后，都可能躲藏着足以震荡整个物理学界的发现。缪子磁矩反常之所以如此重要，是由于一旦确认，就足以突破久经检验的规范模型。粒子物理学在20世纪70年代树立了集大成的规范模型理论之后，尔后任何发现都没有超出这个模型。无论是经过大型强子对撞机（LHC）等加速器，还是在一些用于寻觅暗物质的探测实验中，一切模型之外的探究都失败了。但物理学家们置信，规范模型远远不是圆满的，在模型之外，一定存在着另一个更广阔的、未知的世界。规范模型属于量子场论，只包括了三种根本作用力：电磁力、强互相作用力与弱互相作用力，但没有描绘到让苹果掉到牛顿头上的引力。而在量子力学降生之前，人们了解这个世界的中心就是引力。另一方面，规范模型也无法解释暗物质的存在。我们看到的每一件事物都是与光发作了互相作用，但这些物质的能量只占宇宙中总能量的4％，更广袤的宇宙是黑暗的，由暗物质组成，它们既不吸收光，也不发射光，人类目前还没有发现任何一个暗物质粒子。为理解释这些现象，物理学家试图开辟“新物理”的版图，寻觅规范模型之外的物理。有一些迹象标明了新物理的存在，其中一个是年发现的中微子振荡，另一种就是缪子的磁矩反常。在研讨缪子的过程中，一开端，人们并不觉得是理论出了问题，而以为是计算不够准确，比方，没有思索到量子涨落。上海交通大学粒子物理教授李亮是此次实验的中心参与人员之一。他对《中国新闻周刊》解释，真空不是空的，时空像泡沫一样，有大量的虚拟粒子存在，它们会在某个霎时忽然呈现，又忽然消逝，由于难以捕捉，所以是虚的，这就是量子涨落，这又会对缪子的磁场产生干扰。基于此，实验人员对计算停止了修正，最开端是一阶修正，只思索光子的干扰，尔后还有二阶修正、三阶修正，也就是扫除更多粒子的干扰，如W、Z玻色子，希格斯玻色子等。但科学家们很快发现，即便扫除了这些干扰，实验测出的缪子磁矩依然存在反常。从年代起，不同的实验结果相继印证了这种反常，但受限于精度问题，人们对本人的发现并不自信，直到美国布鲁克海文国度实验室在年相对明白地提出了这个现象。而费米实验室的发如今布鲁克海文的根底上更进一步，不只进步了丈量精度，一期数据的剖析结果也将结论的“有效性”进步到了4.2σ，这是在统计学上的意义，也就是4.2倍规范方差。李亮指出，这是一个十分有力的证据，4.2σ，就是呈现统计误差的概率只要四万分之一，换句话说，这个发现有99.99％的概率是正确的。但科学界更严谨，按规则，只要规范方差到达5σ，才称得上是一个“发现”，也就是保证明验只要万分之一的概率出错。但目前这只是一期结果，剖析的是年的运转数据，还有、年的二期、三期数据，其数据量将会是一期的7倍，最快将于一年后发布。“我有充沛的自信心，之后两期的数据剖析出来后，会有很大的概率到达5σ，这意味着，不是由于计算问题，也不是由于丈量精度不够，在停止各种高阶修正之后，缪子的磁矩和规范模型的预测值仍存在一点点偏向。”他说。新物理能否到来？在费米实验室，逾越了多公里的巨型超导铁磁环在撤去了专为运输设计的红白金属罩后，显露了里面的蓝色超导线圈。这些线圈能够产生1.45特斯拉的磁场，约为地球磁场的0倍。实验室的超强质子加速器以均匀每秒11.4次的频率将10~12个质子组成的质子束团不时加速、衰变生成3.GeV能量的缪子束团。缪子束团被射入铁磁环后，开端以接近光速的速率一圈又一圈地运动，在绕了几千圈后，每个缪子会衰变出一个电子，这些电子被探测器检测出来。实验人员经过提取电子的信息，能够得到衰变前缪子的磁矩。在这个过程中，缪子像一个本身不停旋转的陀螺，自转轴不时偏离最初的方向。陀螺歪了。这是一个十分漂亮而简约的实验，也是一个很经典的实验原理。从年代起，不同实验室在丈量缪子反常磁矩时都是采取这个计划。李亮指出，费米实验室在停止实验时，实验原理与布鲁克海文相同，但在精度上作了很大改良。费米实验室能够输出美国强度最大的缪子源，其缪子束流强度是布鲁克海文实验的10倍，最终的数据量会到达布鲁克海文的20倍。而且，之所以采用已有的磁环，是由于在这个实验中，磁场的平均十分关键。假如再造一个新的，其平均水平不会像曾经运用过的电磁环这么完善，还要花大量时间重新校准。李亮还表示，探测器的灵活度尤为重要，费米实验的探测器是全新的，采用了一种会发光的氟化铅晶体，它的消费线就在中国，由中科院上海硅酸盐研讨所和上海交大结合研发。一方面，氟化铅晶体的响应时间十分快，能够在短时间内做屡次丈量，其次是精度很高，且能够更好地减少对磁场的干扰。多年来，丈量精度不够高，不断是物理学界对本人的发现不自信的主要缘由之一。由丈量带来的误差包含统计误差和系统误差两种，布鲁克海文实验的系统误差是0.28ppm（千万分之二点八），费米实验室经过改良硬件和技术，将这个误差降低到了0.16ppm，这是一个很大的跃迁。而在统计误差上，布鲁克海文是0.46ppm,费米是0.43ppm。在如此高精度的背景下，得出了一个十分有希望的发现以后，如今，人们要考虑的是，陀螺为什么歪了？在李亮看来，目前学界有两种主要的猜想。一种是呈现了规范模型之外的新的根本粒子。对此很容易了解，由于当缪子在电磁环中没有依照预定轨迹运动时，一定有一个外界力气干扰，这可能是一些人类如今还无法观测到的全新粒子，由于和这些粒子发作了互相作用，使缪子的轨迹呈现了偏向。所以接下来就要答复，这个新粒子从哪来的？它有什么性质？它和规范模型根本粒子的关系是什么？第二种可能性是，缪子不再是不可分的点粒子，内部还有微观构造，这些内部粒子可能在一定条件下发作互相作用，从而在整体上影响了缪子的磁矩。中科院院士、中科院高能物理所所长王贻芳对《中国新闻周刊》指出，如今谈这些还为时髦早，首先，费米实验最后的4.2σ是在综合了布鲁克海文实验的数据后得出的。假如单看费米一个实验的结果，得出的规范方差是3.3σ,比布鲁克海文当年的数据3.7σ还要小，目前还不肯定之后的结果会让这个数字变得更大，还是更小了。在过去的粒子物理历史中有很多例子，本来的统计数字是3点多，后来却降落了。即便到了5，也要检验这个数字能否足够准确。王贻芳还表示，除了这种不肯定性以外，也无法扫除能否可能理论计算呈现了误差，才形成目前的结果。而且，理论计算在相当大的水平上也应用了一些此前已有的实验数据，实验数据自身也需求再检查。在这个实验中，最关键的环节是把实验数据和理论计算数据停止比照，理论计算是根据规范模型来预测，但由于缪子的不稳定性，在计算时有较大的不肯定性，在年就发作过相似的事情。当时，欧洲核子中心的实验物理学家得出一个和理论计算存在1.7σ差距的结果，后来发现呈现偏向是理论计算出了问题，修复错误后，理论和实验结果吻合得很好。年，来自全球82个机构的名顶级理论物理学家组成了联盟，分红不同组独立停止计算，最终达成共识，理论预测出来的g是2.。费米实验室的丈量结果就是和这个数字停止比拟。李亮指出，在缪子和四周虚粒子发作作用而带来的各种变化中，计算不肯定性的一个主要要素是强子真空极化效应，固然这只要很小的概率发作。当缪子在传播时，可能会霎时发射出一个光子，光子会衰变成强子和反强子，强子和反强子又疾速变回光子，然后再被缪子重新吸收。这个过程被称为强子真空极化。这个现象很难进入规范模型的计算中，由于强子不是孤立呈现，数量很多，像粒子云一样，这中间发作的各种作用很难精确预测。但假如经过检验之后，最后证明这个反常的确存在，王贻芳说：“这将是我们第一次十分明白地看到超出规范模型的实验现象。”不过，上海交通大学粒子与核物理研讨所副所长刘江来也对《中国新闻周刊》强调，即便真的可能存在新粒子，这种新粒子到底是什么，按现有的各种模型会有十分多的可能，比方超对称模型，暗物质模型等，物理学界要先肯定哪一种模型更接近真实，有一个方向后，再经过对撞机去寻觅新粒子。“费米实验只给出了间接证据，肯定新粒子或第五种作用力，要有更直接的观测证据。这不会是一个很快的过程，可能还要走很远。但毫无疑问，这会让新物理向前推进一大步，也会拓宽本来的规范模型，接下来，理论物理学家们会很兴奋。”刘江来说道。目前，物理学作为自然科学的两大支柱之一，在众多学科之中，物理学越来越重要。但是对于大多数人来说，物理是最难的学科。其中抽象的概念、物理原理，令许多孩子苦不堪言。那么孩子该怎么办呢？这套连中国工程院院士、物理学家，央视都推荐的物理启蒙书——《这就是物理》（全10册）推荐给大家！激发物理兴趣，打好物理基础就靠它了！这套书来自美国久负盛名的儿童科普书籍专业机构——成立于年的WorldBook图书出版公司。曾入选美国学校图书馆期刊“最佳参考书”，适合5-12岁孩子进行物理启蒙。全套书共10册，内容涵盖了国内中小学阶段必学的10个重要的物理主题，力和运动、声音、电、磁、引力等等。它颠覆了传统物理的学习方式，不讲定理，不套公式，而是通过漫画的形式，打破孩子对科学的畏惧，激发孩子对物理的兴趣，让知识更有趣。而且这些有趣的漫画知识点，大多与中学物理课里相匹配，基本涵盖了85%以上中学物理考点。咱们可以看出，这些知识点都是从生活现象入手，让晦涩的知识回归生活，让孩子们感受到物理的神奇与趣味。这样子学物理，孩子既听得懂，易消化又好吸收，简直不要太赞！另外还有一点很让人心动的就是——性价比非常高！本店活动优惠价99元，就能把1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