已久的MuOn测量提高了新物理的证据

当数百家物理学家在2月底收集放大呼叫时，讨论他们的实验结果，他们都不知道他们发现了什么。像临床试验中的医生一样，Muon G-2的研究人员在蒙蔽了他们的数据，隐藏了一个可阻止它们偏向或者偏差的变量 - 多年来，他们的工作实际上是什么信息。

但是，当数据揭开缩放时，物理学家知道等待是值得的：他们的结果是进一步证据表明新物理学藏在μONs中，电子的笨蛋堂兄。 “这是我们了解结果的重点。在那之前，我们不知道，“伦敦大学学院的物理学家Rebecca Chislett，是Muon G-2合作的一部分。 “这是令人兴奋的，神经 - 自负，有点救济。”

尽管取得了显着的成功，但在解释构成宇宙的基本粒子和力量方面，标准模型的描述仍然是令人窒息的不完整。它不考虑重力，一方面，它与暗物质，暗能和中微子质量的性质同样沉默。为了解释这些现象和更多，研究人员一直在寻找超出标准模型的新物理物理 - 通过寻找实验结果从理论预测中发散的异常。

MUON G-2是Fermi National实验室在生病的费米国家实验室的实验，旨在精确地测量磁性μS如何在磁场中观察摆动。如果这些颗粒的实验值与理论上的磁矩不同 - 异常 - 一种异常 - 偏差可能是新物理学的迹象，例如一些微妙和未知的μs影响粒子或力。 MuOn的新更新的实验价值，周三在物理审查信中报告，只能通过MinusCule值（.00000000251）偏离理论，并且具有4.2 sigma的统计学意义。*即使这一定的数量也可能深刻地移位粒子的方向物理。

“我的第一印象是'哇，”Fermilab的理论物理学家Gordan Krnjaic说，他们没有参与研究。 “这几乎是像我们这样的投机者的最佳案例场景......我正在考虑它可能是新物理学，它对未来的实验和可能的与暗物质的联系有影响。”

不是每个人都像乐观一样。许多异常只是消失，留下标准模特胜利和物理学家们厌倦了突破性发现的前景。

“我的感觉是在阳光下没有新的东西，”意大利帕努瓦大学的实验物理学家Tommaso Dorigo说，他也没有参与新的研究。 “我认为这仍然更有可能成为理论上的错误计算......但它肯定是我们现在要调查的最重要的事情。”

μONs与电子几乎相同。两种颗粒具有相同的电荷和其他量子性质，例如旋转。但是μ比电子比电子更重200倍，导致它们具有短寿命并腐蚀成较轻的颗粒。结果，μON不能在形成结构中发挥电子的关键作用：分子和山脉相似，实际上，由于电子的稳定性，基本上是原子效的所有化学键。

当德国物理学家保罗·昆兹于1933年首次观察到穆森时，他不确定它所制造什么。 “他展示了这条赛道既不是电子也不是质子，他叫我的翻译 - 我的翻译性，”李罗伯茨，波士顿大学的物理学家和Muon G-2的实验主义者“。新发现颗粒对亚杀菌颗粒的其他有限浇铸的味道令人奇怪的并发症，其中LED物理学患者ISAAC Rabi令人着重的奇迹，“考虑μ子。谁曾经下令？“在几十年中发现了随之而来的异国情调的粒子，随之而来的是，穆恩实际上是一个更大的合奏的一部分，但历史仍然是rabi的蜜蜂的善意：事实证明，穆森可能确实有些奇怪的事情。

2001年，在Brookhaven National实验室在Upton，N.y的E821实验发现，穆斯的磁矩从理论上发散。当时，发现不够强大，因为它的统计学意义只有3.3西格玛：也就是说，如果没有新物理学，那么科学家们仍然希望看到一个大量的一个实验中的大量差异。因为纯粹的机会。结果短于5西格玛 - 一个3.5亿侥幸 - 但足以让研究人员对未来的实验感兴趣。

研究人员还不能说他们已经发现了4.2西格玛的统计显着性。但是，在日内瓦附近的核心核心的大都会碰撞机美容（LHCB）实验中，MuON-与异常观察到的新物理学的证据。

大多数物理实验重用零件。例如，大型特罗龙撞机基于隧道设计，该隧道设计于其前身的大型电子 - 正电子正电池。但是，Muon G-2背后的实验主义者比大多数人更重要，而不是建造一个新的磁铁，他们在Fermilab的3,200英里之旅3,200英里之旅中运送了50英尺的环。

磁铁占据Muon G-2中的中心位置。由向上夸克和向下古老腐烂的粒子 - 轻质粒子制成的射频 - 蒸馏成丘陵和μ子中微子。 μ杯被收集并引导到磁铁周围的有序圆形路径中，它们将在它们衰减到正数之前圈出几千次。通过检测μ子衰变的方向，物理学家可以提取有关颗粒如何与磁体相互作用的信息。

这个过程如何工作？想象一下，每个μ子都是一个微小的模拟时钟。当颗粒圆圈磁体时，它的小时手在理论上预测的速率周围和周围。当μ的时间为上升时，它将衰变成在小时手的方向发射的正电子上。但是，如果那只手以不同于理论的速率转动 - 例如，蜱太快 - 正电子衰减将最终指向略微不同的方向。 （在这个类比中，小时手对应于μ子的旋转，一个确定μ子衰减方向的量子属性。）检测到足够的偏离正积核，并且您有一个异常。

异常暗示的是模糊的。标准模型可能没有考虑到某些东西，并且它可能是电子和μON之间的差异。或者对于目前太小的电子可能存在类似的效果。 （颗粒的质量与它可以与较重的未知颗粒相互作用有关，因此具有大约200倍的电子质量的muONs更敏感。）

Muon G-2开始在2017年首次运行的数据收集数据，但结果直到现在，因为信息是一个艰巨的任务。 “虽然人们可能希望看到结果早期出现，但这只是反映了很长一段时间的努力来了解事情，”布伦丹·科尔各尔（Brendan Kiburg）是合作的一部分。

单独，Muon G-2的实验值并不表明很多。为了具有意义，必须与最新的理论预测进行比较，这本身就是大约130个物理学家的工作。

所有这些脑力的必要性归结为此：当一个μ子穿过空间时，那个空间并不是空虚的。相反，它是一个无限数量的虚拟粒子的嘶嘶声和蜂拥而至的汤。 μ子有一些与这些颗粒相互作用的机会，这拖着它，影响它的行为。计算虚拟粒子对μ的旋转效果 - 其小时手转弯的速率 - 需要一系列同样艰苦和令人难以置信的精确的理论确定。

这一切都意味着穆斯的理论预测具有自己的不确定性，理论家一直试图削弱。一种方法是通过晶格量子色动力学（QCD），一种依赖于大规模计算能力的技术，以便在数值上解决虚拟粒子对MUONS的影响。据伊利诺伊州伊利诺伊州伊利诺伊大学的物理学家，在厄巴纳 - 香榭丽斯（Urbana-Champaigh），没有参与实验结果，大约有一半的群体都在追求这个问题。

乐趣刚刚开始。在未来几天和几周，一个理论论文的洪流将试图更好地了解新结果。引入新颗粒的模型，如Z＆＃39;玻色子和leptoquark将根据新信息进行更新。虽然一些物理学家猜测究竟是什么，μ子异常可能意味着，努力减少不确定性并推动5个西格玛以上的异常。

根据Kiburg和Chislett的说法，Muon G-2的第二个和第三次运行的数据预计将在大约18个月内预期，并且该信息可以推动超过5分钟的阈值 - 或降低其重要性。如果没有决定性，J-PARC（日本质子加速器研究复合体）的研究人员，在日本Tokai的物理实验室可能有答案。他们计划使用略微不同的方法独立地证实MUON G-2结果来观察MUON行为。与此同时，理论家将继续改善他们的预测，以减少其自身测量的不确定性。

即使所有这些努力确认在MuONs的工作中有新的物理学，它们也无法透露完全，新物理学是什么。 揭示其性质的所需工具可能是一个新的碰撞者 - 许多物理学家通过国际线性撞机和高亮度LHC的建议克切。 在过去的几个月里，兴趣围绕着一个缪撞撞机，多篇论文预测将保证物理学家能够确定影响μ子的未知粒子或力的能力。 即使是那些对新结果的重要性持怀疑态度的人也无法帮助，但找到一线希望。 “这对粒子物理有好处，”Dorigo说，“因为粒子物理已经死了一会儿。” *编者注：本文的作者与罗伯特Garisto有关，在物理审查信中是一个处理编辑，但他们在出版之前没有关于本文的通信。