Fermilab的Muon G-2实验发现了一些新的颗粒

在初级粒子的行为中表达异常的二十年后提出了主要物理突破的希望，一种新的测量已经巩固了它们：芝加哥附近的费米国家加速器实验室的物理学家今天宣布，MuOns - 基本颗粒类似于电子 - 摇摆不止预期虽然在磁化的戒指周围鞭打。

广泛预期的新测量证实了几十年的结果，在世界各地制造了头条新闻。穆森的挥手或磁矩的测量都显着超越了理论预测，如去年由132个理论物理学家的国际财团计算的。 Fermilab研究人员估计，差异已经发展到量化为“4.2 sigma”的水平，良好地在对物理学家需要索取一个发现的严格五西级别的途中。

采取脸部价值，强烈差异暗示性质未知的颗粒是额外的推动。这种发现将在最后的粒子物理学标准模型的崩溃期间，这是描述了已知的基本粒子和相互作用的等式。

“今天是一个非同任的日子，长期不仅待了我们，而是由整个国际物理界，”Graziano Venanzoni是Fermilab Muon G-2实验和Italial核物理研究所的物理学家的领导者之一，告诉新闻。

然而，即使许多粒子物理学家都可能庆祝 - 并赛车提出可以解释差异的新想法 - 今天在杂志上发表的一篇论文，在急剧暗淡的光线下投射了新的μ子测量。

这篇论文，它看起来像是Fermilab团队推出它的新测量，表明Muon的测量挥手性是标准模型预测的。

在论文中，称为BMW的理论家团队呈现最先进的超级计算机计算，其最不确定的术语进入Muon磁矩的标准模型预测。 BMW计算该术语，比联盟通过去年通过的价值，称为理论倡议的群体。 BMW的较大术语导致μ子磁矩的更大的总体预测值，使预测符合测量。

如果新计算是正确的，那么物理学家可能花了20年追逐鬼魂。但理论倡议的预测依赖于几十年来磨练的不同的计算方法，它很好。在这种情况下，Fermilab的新测量是多年来粒子物理学中最激动人心的结果。

“这是一个非常敏感和有趣的情况，”宾夕法尼亚州立大学理论粒子物理学家Zoltan Fodor是宝马团队的一部分。

宝马的计算本身不是爆发新闻;本文首先出现了去年的预印文。伊利诺伊大学伊利诺伊大学的粒子理论家Aida El-Khadra解释说，应该认真对待BMW计算，但它没有考虑到理论倡议的整体预测，因为它仍然需要审查。如果其他团体独立验证BMW的计算，则理论计划将其整合到下一次评估中。

DominikStöckinger是德累斯顿技术大学的理论家，他们参与了理论倡议，是Fermilab Muon G-2团队的成员，表示，宝马结果创造了“不明确的地位”。物理学家不能说异国情调的新颗粒是否正在推动μONs，直到他们对他们已经了解的17个标准模型粒子的效果一致。

无论如何，有很大的乐观理由：研究人员强调，即使宝马是对的，两个计算之间的令人费解的海湾本身都可以指向新物理学。但目前，理论与实验之间的过去20年的冲突似乎已被一些更具意想不到的东西所取代：理论之战与理论。

物理学家急切等待的Fermilab的新测量的原因是μ子的磁矩 - 基本上是其内在磁力的强度 - 编码有关宇宙的大量信息。

一个世纪前，物理学家假设基本颗粒的磁矩将遵循与较大物体相同的配方。相反，他们发现电子在磁场中旋转两倍，如预期的那样。它们的“旋转磁性比例”或“G-Factor” - 将其磁矩与其他性质相关的数量 - 似乎是2，而不是1，后来一个惊喜发现，因为电子是电子是“旋转-1 / 2”的事实。在制作两个完整的转弯而不是一个时，粒子返回到相同状态。

多年来，电子和μONs被认为是恰好2.但是在1947年，Polykarp Kusch和Henry Foley测量了电子的G-Factor至2.00232。理论物理学家朱利安·施怀宾几乎立即解释了额外的比特：他表明，在瞬间发射和重新吸收光子时，小校正来自电子的倾向。

许多其他短期的量子波动也会发生。电子或μ子可能发射并重新吸收两张光子，或者在标准模型允许的无数其他可能性中短暂成为电子和正电子的光子。这些临时表现形式环绕着诸如随行人员的电子或μ子，并且所有这些都会有助于其磁性。 “你以为的粒子是一个裸露的丘陵实际上是一个笨蛋加上了一个自发出现的其他东西的云，”Fermilab Muon G-2实验的另一个领导者克里斯策划。 “他们改变了磁矩。”

稀有量子波动越少，它导致电子或μ子的G因子越少。 “当你进一步进入小数点的地方，你可以看到夸克首次开始突然出现的地方，”Polly说。此外，颗粒是称为W和Z孔的颗粒，等等。由于μs比电子重207倍，所以它们大约是207 2（或43,000）倍，更有可能在他们的随行人员中唤醒重粒子;因此，这些颗粒改变了MuOn的G-Factor远远超过电子。 “所以，如果你正在寻找可以解释宇宙缺失的粒子 - 或者你正在寻找一个称为超对称的理论的粒子，”波莉说，“这就是穆森具有独特作用的地方。”

几十年来，理论家们已经努力计算对穆恩的贡献因素来自标准模型的已知粒子越来越不太可能迭代，而实验主义者则以不断增加的精度测量了G型。如果测量值超过预期，这将背叛穆恩的随行人员存在陌生人：超越标准模型的粒子的短暂外观。

Muon磁性时刻测量在20世纪50年代开始于哥伦比亚大学，并在欧洲粒子物理实验室核心后来乘坐十年。在那里，研究人员开创了今天的测量技术仍然在Fermilab上使用。

高速μ射成磁化环。作为围绕环的μ子鞭子，通过其强大的磁场，粒子的旋转轴（可以像箭头一样描绘）逐渐旋转。百万分之一秒后，通常在环绕环之后几百次，μ℃衰减，产生飞向周围探测器之一的电子。在不同时间从环发出的电子的变化能量揭示了μ子旋转旋转的速度。

在20世纪90年代，长岛布鲁克海汶国家实验室的团队建造了一个50英尺的戒指，以便在繁殖中，并开始收集数据。 2001年，研究人员宣布了他们的第一个结果，为Muon的G-Fact报告了2.0023318404，最终两位数的一些不确定性。同时，当时最全面的标准模型预测给出了2.0023318319的显着较低。

“数百个报纸覆盖，”波莉说，谁是当时的研究生。

Brookhaven的测量通过其所谓的误差裕度的近三倍的预测透过了预测，称为三秒形偏差。三秒形的差距是显着的，不太可能是由随机噪音或小误差的不利用造成的。它强烈建议，从理论计算中缺少某些东西，类似于暗物质粒子或携带额外的携带玻色子的东西。

但是，有时发生的事件序列不太可能，因此物理学家在预测和测量之间需要五种Σ的偏差，以明确地要求发现。

在布鲁克海文的标题测量后一年，理论家在预测中发现了一个错误。代表一组数万个量子波动的公式，其中uONs可以接触包含一个流氓减去标志;在计算中将其固定在理论和实验之间的差异降低到仅为两个西格玛。这没什么可兴奋的。

但随着Brookhaven Team的数据增加了10倍的数据，它们对MuON的G-系数的测量保持不变，而测量围绕误差条缩小。在2006年的实验最终报告的时间内，理论的差异恢复了三个西格玛。它继续增长，因为理论家保留了对G型因子的标准模型预测，而不会向测量向上漂移。

在物理学家精神上的Brookhaven异常被抛出，作为新粒子的其他搜索失败。在2010年代，欧洲的200亿美元大型特罗龙撞机撞击质子，希望有多种可能完成自然建筑块模式的新颗粒。但是撞机只发现了HIGGS BOSON - 标准模型的最后一个缺失的一块。与此同时，对暗物质的一项实验搜索没有任何东西。对新物理学的希望越来越渴望摇摆不定。 “我不知道是对新物理学的最后一个伟大的希望，但它肯定是一个主要的一个主要的一个，”Rutgers大学的粒子物理学家Matthew Backley告诉我。

每个人都知道，为了跨越发现的门槛，他们需要再次测量μ子的旋转磁性比，更准确地说。所以正在进行后续实验的计划。 2013年，布鲁克海文中使用的巨型磁铁被装载到长岛的驳船上，并将大西洋海岸发货，并将密西西比和伊利诺伊州河流运到费尔米尔，实验室的强大的μ子束会让数据比以前更快地扫描数据。除了Brookhaven的情况下，允许Fermilab团队允许Fermilab团队测量μ子的G-系数四倍。

2016年，El-Khadra和其他人开始组织理论倡议，寻求熨烫任何分歧，并在Fermilab数据滚动之前达到G型因子的共识标准模型预测。“对于这种精湛的实验测量的影响为了最大化，理论需要将其行为在一起，基本上是“她说，在当时解释了推理。理论家比较和组合计算不同量子位和碎片的碎片，这些碎片与Muon的G-系数有助于去年夏天到达2.0023318362的整体预测。低于Brookhaven的最终测量，落后于2.0023318416的最佳3.7 sigma。

关于μ子磁矩的标准模型预测的不确定性完全从其随行中的“强子”中的存在：夸克制成的颗粒。夸克感到强大的力量（标准模型的三个力量之一），这是如此强大，就像夸克在胶水中游泳一样，并且胶水无休止地密集着其他颗粒。描述强力（并且因此，最终，Harrons的行为）的等式不能完全解决。

这使得难以衡量穆恩中间爆发的频率。主导情景如下：当它行进时，少量发出光子，将其变成一个强子和抗篮子; Holdron-antrachadron对快速湮灭回到光子中，然后μregsorbs。该过程称为HOTRONIC真空偏振，促进了在第七十进制场所开始的μ子的旋转磁性比例。计算该校正涉及为每个可以出现的HADron-antradron对求解复杂的数学和。

对该辐射真空偏振术语的不确定性是G型局部不确定性的主要来源。该术语的小幅增加可以完全抹去理论和实验之间的差异。物理学家有两种方法来计算它。

通过第一种方法，研究人员甚至没有尝试计算HADRONS的行为。相反，它们只是将来自其他颗粒碰撞实验的数据转化为对RoRronic真空偏振术语的期望。 “数据驱动的方法已经完善和优化了几十年，并且在其方法中使用不同细节的几个竞争团体彼此确认，”斯托克辛格说。理论倡议使用这种数据驱动方法。

但近年来，一种纯粹的计算方法一直在稳步改善。在这种方法中，研究人员使用超级计算机来解决格子上的离散点的强力等方程而不是空间的各处，将无限的详细问题转化为有限的问题。这种方式粗暴地堆积夸克泥浆预测HADRONS的行为“类似于天气预报或气象学，”福尔解释说。可以通过将晶格点非常靠近地将晶格点放在一起来制造超精确，但这也将计算机推向它们的限制。

14人宝马团队 - 以布达佩斯，马赛和伍珀塔尔命名，这三个欧洲城市最初是基于的 - 使用这种方法。他们制作了四个首席创新。首先，他们减少了随机噪音。它们还规定了一种非常精确地确定格子的方法。与此同时，与早期的努力相比，他们的格子尺寸增加了一倍多，因此他们可以在没有担心边缘效应的情况下学习哈伦靠近格子中心附近的行为。最后，它们包括在计算中，这是一种复杂的细节，通常被忽视，如夸克类型之间的质量差异。 “所有四个[改变]需要大量的计算能力，”福索说。

然后，研究人员随后在Jülich，慕尼黑，斯图加特，奥斯泰，罗马，伍珀塔尔和布达佩斯的酋长超级计算机，并将他们致力于新的和更好的计算。经过数亿核心嘎吱作响的核心，超级计算机吐出了辐射真空偏振术的值。当与所有其他量子贡献相结合到μ子的G型因子时，总共有2.00233183908。福索说，这与布鲁克海文实验相比“相当愉快”。 “我们交叉检查了一百万次，因为我们非常惊讶。” 2020年2月，他们在Arxiv.org预印刷服务器上发布了他们的工作。

由于几个原因，理论倡议决定不包括在官方估计中包含宝马的价值。数据驱动方法具有稍微较小的错误栏，三个不同的研究组独立地计算了相同的东西。相比之下，宝马的格子计算截至去年夏天未发布。虽然结果与之前的结果很好，但较少的精确晶格计算也高，它尚未被另一组独立复制到同样的精度。

理论倡议的决定意味着穆森磁矩的官方理论价值与布鲁克海文的实验测量有3.7秒见。自2012年以来，它将成为粒子物理学中最令人预期的揭示阶段的舞台。

一个月前，费尔米尔莫恩G-2球队宣布他们今天将展示他们的第一个结果。粒子物理学家是欣喜若狂的。苏黎世大学的物理学家Laura Baudis表示，她在预期20年后，她“计算了4月7日至4月7日”。 “如果Brookhaven结果得到Fermilab的新实验证实，”她说：“这将是一个巨大的成就。”

如果没有 - 如果异常消失 - 粒子物理群落中的一些人令人担心的是“粒子物理学的结束”，Dröckinger说。他说，FERMILAB G-2实验是“我们的最后一项实验的希望，该实验确实证明了超出标准模型的物理学的存在。”如果它未能这样做，很多研究人员可能会觉得“我们现在放弃，我们必须做出别的事情而不是研究物理超出标准模型。”他补充道，“诚实地说话，这可能是我自己的反应。”

200人的费米巴团队透露了这一点，只有六周前透露在缩放仪式上。 Tammy Walton是该团队的科学家，在夜间转向实验后赶回家，目前在第四次运行。 （新分析涵盖了第一次运行的数据，这占实验最终累积的6％。）当屏幕上出现的全部重要号码，绘制了理论倡议的预测和Brookhaven测量，Walton是很高兴看到它的土地高于前者，并且在后者的顶部拍下了。 “人们会疯狂疯狂，”她说。

提出针对新物理学的各种想法的论文预计将在未来几天泛滥。然而，未来尚不清楚。一旦理论和实验之间的照明违规是由福利的计算的覆盖的照明违规。

超级计算机计算可能会出现错误 - BMW忽略了一些错误源。 “我们需要仔细看看计算，”El-Khadra说，强调它太早，无法得出坚定的结论。 “它正在推动方法来获得这种精度，我们需要了解他们在方法上推动的方式是否打破了它们。”

然而，有趣的是，即使数据驱动方法是引擎盖下有未识别的问题的方法，理论家也很难了解问题可能不同于未占用的新物理学。 “对新物理学的需求只会在其他地方转移，”理论倡议的领先成员伯尔尼大学Martin Hoferichter说。

在过去一年中，一直探索数据驱动方法可能存在问题的研究人员表示数据本身不太可能出错。它来自35个强度过程的超级超挑次数。但是“它可能是数据，或者解释的方式是误导性的，”CERN等机构的andreas Crivellin表示，一个纸张的同志（以及Hoferichter）的一篇论文，研究这种可能性。

他解释说，这是可能的，这种情况发生破坏性干扰，以降低某些电子 - 正电子碰撞中产生的幂态过程的可能性，而不会影响μON附近的辐射真空偏振;然后将数据驱动的外推从一个到另一个不起作用。然而，在这种情况下，另一个标准模型计算对同一屈光过程敏感的抛出，在理论和数据之间创造了不同的张力。这种紧张本身就会建议新物理学。

在保持新物理学的同时解决这一其他紧张局面是棘手的“elu

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