μ子g-2实验:很可能没有超出标准模型的新物理

作者: 季燕江

来源: 奇迹笔记

发布日期: 2023-08-17 08:14:47

费米国家实验室的μ子g-2实验团队公布了最新实验结果,精度为0.2ppm,与理论预测的偏差置信度提升到了5σ,但最终没有发现超出标准模型的新物理。

2021年4月,美国费米国家实验室的μ子g-2实验团队曾宣布对μ子磁矩的测量结果精度达到0.35ppm,与标准模型理论预测存在偏差,置信度为4.2σ。今年当地时间8月10日,费米国家实验室发布了基于前三年数据的最新实验结果,精度为0.2ppm,与理论预测的偏差置信度提升到了5σ。

在物理实验中,独立实验的次数越多,测的就越准确,涨落σ(均方差,standard deviation)越小。假设测量的平均值是μ,真实值处于μ-σ和μ+σ之间的概率是0.6826,处在μ-2σ和μ+2σ之间的概率是0.9544,处在μ-3σ和μ+3σ之间的概率是0.9974,换句话说真实值不处于μ-3σ和μ+3σ之间的概率仅不到0.3%。

在粒子物理里,新发现成立的阈值一般是5σ,这个数值越高,就说明发现的证据越坚实,5个标准差表示新发现的置信度高达99.99994%。补充一下标准差的定义:这里N是独立实验的次数。但这忽略了系统误差,不过系统误差一般是可以排查出来的。

目前粒子物理的最高成就是标准模型,根据标准模型,除引力外,其他三种相互作用:电磁相互作用,弱相互作用和强相互作用都统一地被量子力学表述。不过标准模型(standard model)看上去很丑陋。以上为标准模型的拉格朗日量。一点不简洁,一点不美。因此,很多物理学家都在寻找超越标准模型的新物理。

2023年8月10号Fermilab公布的最新实验数值为:二者的差异为:249 e-11,均方差σ为:理论值和实验值的差达到了惊人的5.2σ。这意味着存在超出标准模型的新物理(比如:超对称?)。另外,我们为什么选择用μ子做这个a值的测量,就是因为a_μ比a_e变化更敏感,因此更容易被探测到。

总之:说好的5σ差异,说好的大新闻,说好的新物理,就这么泡汤了。

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