挑战现有物理学理论体系，独家专访缪子物理研(2)

该实验的目的是测量缪子的磁矩，研究团队将大量缪子注入到 “储存环” 中，并让它们在其中像陀螺一样一边旋转一边自转（专业术语为 “自旋 “）。

由于缪子带电，它们会与磁场相互作用，缪子的自旋方向进而会发生偏转（专业术语为“进动”），就像陀螺转动时的轴心会发生偏转一样。

通过测量缪子在磁场中的进动频率，就能测量其磁性（更准确地说是磁矩）。总之，通过测量缪子在磁场中旋转时的自旋摆动频率，就能测量出其反常磁矩。

图 | 缪子的反常磁矩与标准模型预测值有较大偏差（来源：Quanta Magazine）

成为颠覆标准模型的有力证据？

实验结果表明，对比标准模型预测值，缪子的磁矩有较大偏差，这与布鲁克海文国家实验室的发现一致。那么本次实验，会成为颠覆标准模型的有力证据么？

中科院理论物理研究所研究员杨金民表示：“此次的实验结果精度上来说是高了一些，但是其结果的中心值，较上次向标准模型的预言值靠近了一些，所以还需后续实验来验证。

如果精度有保证，后续实验结果的中心值向标准模型靠近，那么对标准模型就是有利的。假如未来的实验结果，能跟标准模型的偏离达到 5σ 以上，我才认为是颠覆性的或者说是突破性的成果。”

中国科学院理论物理研究所研究员舒菁告诉 DeepTech：“不过就算有精度更高、足够多的实验数据支撑，也不能在短时间内认为标准模型不适用，因为标准模型理论格点计算值现在并不明朗，我们同样需要在理论计算方面提高精度，降低系统误差，不同小组的计算结果达成共识。

如果实验结果和理论计算，都在足够精确的范围内，并且又有统计意义上的大偏差，这时才能比较肯定地认为存在新的物理规律。这并不意味着直接否定标准模型，只能证明标准模型存在拓展的空间、和适用范围。

因为标准模型是一种一般化模型，而在有些极端的领域，可能会有所偏差。就像在相对论问世之前，牛顿经典力学也被认为是宇宙中普遍适用的物理原理，但在 ‘高速' 运动下，还是要遵从相对论理论。我们不能说牛顿经典力学是错的，只能说存在适用范围。

而新的理论基本都是在原有基础上，在更高层次进行拓展。此次实验结果可能表明的是标准模型少了元素、少了新粒子或者作用力，或者我们对于标准模型的理解需要考虑到更多的修正，而这也是未来理论研究的方向之一。”

图 | 缪子反常磁矩两次实验结果和标准模型预测值之间的关系（来源：PHYSICAL REVIEW LETTERS）

提及未来实验的研究方向，李亮表示，将继续进行相关实验研究和数据分析，测量精度将在明年和后年得到提升，最终结果很有可能达到 5σ 以上。

而来自日本的研究团队也将通过另一种方式对其进行验证。如果两种实验的结果相类似，那么就能成为非常牢固的证据。

缪子反常磁矩的偏差已被发现了 20 年，之所以直到现在才做出重要结论，是因为实验难度确实很大。

李亮坦言：“其一，实验的精度要求特别高，要达到百万分之一以下，而本次实验几乎是整个粒子物理实验中精度最高的实验之一，你很难找到比这个要求更高的实验，所以要花费很长时间；

其二，因为要测量缪子，所以必须得有大量产生缪子的地方，而缪子源在全世界也非常少。目前在美国合适的缪子源只有费米实验室有，原来的第一个缪子源在布鲁克海文实验室，但是后来该缪子源被关闭，所以他们的实验就没有继续下去。直到后来利用费米实验室的加速器，才建造和铺设了一个新的缪子源进行实验。而中国现在也在广东的东莞建造缪子源，所以非常期待以后在中国也能开展缪子相关的前沿基础研究。

其三，得到测量结果以后还要进行细致的误差分析，2018 年我们就把数据采集完，但直到 2021 年才得出比较明确的结论，因为我们必须得非常小心，各种误差都考虑到，然后才能对外公布结果。”

杨金民也表示，这类研究不是说有钱就可以，美国从几十年前就开始做实验，2006 年相关结果发表后，此后十几年间始终没有其他国家做同类实验。

缪子会走入寻常百姓家么？

说到缪子和老百姓有何干系，李亮拿相对论做了一个比喻：“相对论，当时也是轰动学界的理论，但也未能在理论面世后的若干年内，较大程度地改变人类生活。因为相对论描述的是极端高速运动下的物理规律，并不适用于日常生活。

文章来源：《诊断学理论与实践》 网址: http://www.zdxllysj.cn/zonghexinwen/2021/0504/461.html