“在2014年,我作為西雅圖大學的博士后研究員開始了Muon g-2實驗,”一直在PRISMA +從事低能粒子物理學領域研究的馬丁·費特爾(Martin Fertl)教授說。自2019年以來的卓越集群?!斑@就是今天是一個非常特殊的日子的原因。我們現在可以宣布第一個結果,同時還指出該結果為以前未知的物理學打開了更大的大門?!苯裉彀l布的新的μ子磁矩異常實驗值是(FNAL)= 116592040(54)x 10 ^(-11),相對不確定度為十億分之460。結合20年前在布魯克海文國家實驗室完成的實驗結果,新的實驗平均值為a(Exp。,avg)= 116592061(41)x 10 ^(-11)。這與從標準模型(a)(理論)= 116591810(43)x 10 ^(-11)獲得的理論預測值形成對比。物理學家將這兩個值之間的差異分類為4.2標準偏差。換句話說,實驗和理論之間的這種差異是由于偶然性導致的概率為0.0025%(40,000中的1)。物理學家認為,當概率小于0.00005%(對應于5個標準偏差)時,就已經做出了發現-在這種情況下,是對標準模型的駁斥。
馬丁·菲特(Martin Fertl)的PRISMA +工作小組是德國唯一以實驗能力參與Muon g-2協作的小組。合作的“對手”是“ Muon g-2理論倡議”,這是一個全球性的協會,由130多名物理學家在標準模型的框架內從事理論預測。該計劃于2017年成立,旨在聯手顯著降低μ子異常磁矩預測值的不確定性。 “去年,我們首次建立了通用標準,并在全球范圍內達成了新的理論價值,” PRISMA +卓越集群的理論物理學家兼發言人Hartmut Wittig教授說。 “我們的目標是與實驗同時,繼續完善理論預測。” PRISMA +的物理學家正在做出重要的貢獻,從測量實驗輸入量到在位于美因茨的MOGON-II超級計算機上使用晶格量子色動力學方法高精度計算強相互作用的貢獻。
第一次出現差異-3.7個標準差-是將理論預測與上述布魯克海文國家實驗室的實驗結果進行了比較。從那時起的20年中,全球范圍內的研究目標是確定這種偏差是“真實的”還是“僅僅是”理論和實驗中系統不確定性的結果。當前的Muon g-2實驗是為了比以往任何時候都更準確地測量μon的磁性而設計的。 Muon g-2合作組織涉及來自七個國家/地區的35個機構的200多名科學家。
介子是電子的沉重兄弟,僅能生存一分之一秒的百萬分之一。它具有磁矩,是一種微型內部條形磁鐵。它也具有稱為自旋的量子機械角動量,類似于旋轉陀螺。 g因子是觀察到的磁體強度與基于電荷,質量和μ子自旋的簡單估計值之比。 Muon g-2實驗的名稱是基于以下事實,即μon的“ g”始終會比g = 2的簡單預測略有偏離-大約為0.1%。該異常通常稱為介子的異常磁矩(a =(g-2)/ 2)。 Muon g-2實驗測量了磁場中介子的“內部羅盤針”的旋轉速度,以及磁場本身,從而可以確定異常磁矩。介子束是在FNAL的Muon校園中專門為該實驗生成的-其純度從未達到過。Martin Fertl解釋說:“我們今天要進行的第一項分析已經達到了比先前實驗更好的精度,而且我們僅通過評估不到計劃數據集的6%來進行管理。” 。 “結果,我們認為使用Muon g-2實驗最終將值的精度提高四倍,達到十億分之140的目標似乎是很現實的。”目前正在分析的數據來自2018年的第一輪測量-費米實驗室的實驗已經收集了比以前所有μg因子實驗都要多的數據