七年前,为了研究一种被称为介子的亚原子粒子,一个巨大的磁铁被穿越陆地和海洋运送了3200英里(5150公里)。

介子与电子密切相关,电子围绕每个原子运行,构成物质的基石。电子和介子都具有我们目前最好的亚原子科学理论所精确预测的特性量子世界,粒子物理的标准模型

整整一代的科学家都致力于精确地测量这些特性。2001年,一项实验暗示,介子的一个特性并不完全像标准模型预测的那样,但需要新的研究来证实。物理学家将实验的一部分转移到费米实验室的一个新的加速器上,并开始收集更多的数据。

一个新测量现在已经确认了初始结果。这意味着可能存在新的粒子或力量在标准模型中不可占据。如果是这种情况,物理学法则必须被修订,没有人知道这可能导致的地方。

这一最新成果来自一项国际合作,我们都是其中的一员。我们的团队一直在使用粒子加速器来测量一种叫做介子磁矩的特性。

当暴露于磁场时,每个muOn的表现就像一个小条磁铁一样,效果称为磁矩。MUONS还具有称为“旋转”的内在属性,并且旋转与μ的磁矩之间的关系称为G型。将电子和μ的“G”预测为2,所以应该测量G减去两个(G-2)以为零。这是我们在Fermilab的测试。

在这些测试中,科学家们使用了同样的技术——加速器欧洲核子研究中心在LHC使用。Fermilab Accelerator非常大量和措施产生μONs,它们如何与磁场相互作用。

介子的行为受到“虚粒子”的影响,虚粒子从真空中进进出出。这些粒子转瞬即逝,但时间足够长,足以影响介子与磁场相互作用的方式,并改变测量到的磁矩,尽管只是很小的幅度。

标准模型非常精确地预测了这种效应,甚至超过百万分之一。只要我们知道哪些粒子在真空中冒泡进出,实验和理论就应该相符。但是,如果实验和理论不一致,我们对虚粒子汤的理解可能是不完整的。

新粒子

新粒子存在的可能性并不是空谈。这些粒子可能有助于解释物理学中的几个大问题。比如,为什么宇宙会有这么多暗物质- - - - - -c使星系的旋转速度比我们预期的要快- - - - - -为什么几乎所有在大爆炸中产生的反物质都消失了?

到目前为止,问题是没有人看到这些新粒子。人们原本希望欧洲核子研究中心的大型强子对撞机能够在高能质子之间的碰撞中产生这种粒子,但目前还没有观测到。

新测量在本世纪初,在纽约布鲁克海文国家实验室的实验中使用了与实验相同的技术,这本身遵循了一系列核心核心。

布鲁克海文实验测量的与标准模型的差异有五万分之一的概率是统计上的偶然。这和连续扔12次硬币,都是正面朝上的概率差不多。

这令人着迷,但低于发现的阈值,这通常需要比170万元更好- - - - - -或者21只硬币连续抛出。为了确定新物理学是否在发挥作用,科学家必须将实验的灵敏度提高四倍。

为了提高测量,实验中心的磁铁必须在2013年,距离海洋和路的长岛3,200英里,到芝加哥以外的费米尔,其加速器可以产生丰富的苗族来源。

一旦就位,就会用最先进的探测器和设备围绕磁铁进行新的实验。2017年,在布鲁克海文实验的资深科学家和新一代物理学家的合作下,介子g-2实验开始采集数据。

从Fermilab的第一年的数据,来自Fermilab的第一年的新结果符合Brookhaven实验的测量。结合结果加强了实验测量与标准模型之间的分歧的情况。这一机会现在撒谎在40,000人中是一个侥幸的差异- - - - - -仍然害羞的金标准发现门槛。

大型强子对撞机

有趣的,A.LHCb实验的最新观察欧洲核子研究中心也发现了与标准模型可能存在的偏差。令人兴奋的是,这也涉及到介子的性质。这一次的不同之处在于介子和电子是如何从较重的粒子中产生的。这两种速率在标准模型中是相同的,但实验测量发现它们是不同的。

综上所及,LHCb和费米实验室的结果强化了这样一个事实:我们已经观察到标准模型预测失败的第一个证据,还有新的粒子或自然界中有待发现的力。

为了最终的确认,这需要从费米实验室的介子实验和欧洲核子研究中心的LHCb实验中获得更多的数据。结果将在未来几年内揭晓。费米实验室已经有了4倍于在最近的结果中使用的数据,目前正在分析,欧洲核子研究中心已经开始收集更多的数据和新一代的介子实验正在建立。这是物理学的一个激动人心的时代。谈话

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图像信用:费米实验室/ Reidar哈恩

2011-2019年,我在利物浦担任粒子物理学主任。我的目的是支持这个小组解决物理学中最基本的问题。

本集团在Cern,Fermilab和Tokai(日本)以及加拿大的Snolab进行了实验。我们在CERN和G-2(FNAL)的能源前沿(ATLAS)和精密前沿(LHCB)工作。我们有一个理解中微子的属性的计划......

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我出生,提出并收到了我在北部的里维埃拉的早期教育(圣玛丽),布莱克浦。我于1988年获得牛津大学的物理学硕士学位,并在高能量实验颗粒物理学中继续在牛津牛津(1988-1992)。1992年至1996年,我依据斯菊(汉堡)电子普罗兰·普罗兰,英雄作为宙斯实验的成员,因为Serc掉了......

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