费米实验室最新实验结果：μ子行为偏离标准模型预测

费米实验室最新实验结果：μ子行为偏离标准模型预测

2023年8月，美国费米国家实验室的“μ子g-2实验”团队宣布了μ子磁矩的最新实验结果，将实验值与理论预测值的偏差置信度提升至5个标准差，这表明存在物理新发现的可能性高达99.99994%。这一发现不仅可能推翻现有的粒子物理标准模型，还暗示着一种全新的基本力——第五种力的存在。

μ子是一种基本粒子，类似于电子但质量更大。根据粒子物理标准模型，μ子在磁场中的行为是可以精确预测的。然而，费米国家实验室的实验结果却显示，μ子的行为与理论预测存在显著偏差。

早在2021年4月，费米国家实验室就曾宣布μ子磁矩的测量结果与粒子物理“标准模型”理论存在偏差，当时的置信度为4.2标准差。2022年4月，费米国家实验室又在《科学》杂志上报道了W玻色子质量的实验结果，以7个标准差的超高精度证明W玻色子的质量测量值明显偏离其理论预测值。

目前，物理学界已知四种基本力：引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。然而，一些现象无法用这四种力完全解释。例如，暗物质和暗能量的存在表明，宇宙中还有未知的力量在发挥作用。

科学家推测，这种未知力量可能是一种新的基本力，即第五种力。这种力可能与暗物质和暗能量有关，也可能通过μ子等基本粒子表现出来。如果第五种力被证实存在，它将极大推动我们对宇宙的理解，解释暗物质和暗能量的本质，完善粒子物理标准模型。

为了验证第五种力的存在，科学家们正在利用先进的量子精密测量技术进行实验。中国科学技术大学的研究团队在这方面取得了重要突破。

中国科大彭新华教授研究团队自主研发了基于气态自旋的超灵敏原子磁力计，并且利用该技术实现了无需磁场的新型核磁共振技术——“零磁场核磁共振”，达到了国际领先水平的磁场探测灵敏度。进一步实现了新型的自旋微波激射器，在低频段创造了国际最佳的磁探测灵敏度，并开发了新型磁场噪声抑制技术、量子协同技术以及暗态核自旋放大技术等。

研究组将已发展的平台型量子精密测量技术用于寻找超越标准模型的新粒子，取得了一系列对推动学科领域发展有实质性贡献的研究成果，包括利用新型量子自旋放大器搜寻暗物质候选粒子，首次突破国际公认最强的宇宙天文学界限，以及实现了对一类超越标准模型的新相互作用的超灵敏检验，实验界限比先前的国际最好水平提升至少2个数量级，并在轴子窗口内开展了轴子暗物质的实验搜寻。

如果第五种力被证实存在，它将带来深远的影响。在科学上，这将帮助我们理解宇宙的基本结构，解释暗物质和暗能量的本质。在技术上，这可能导致新型传感器和量子计算技术的突破，为未来的科技发展开辟新的道路。

尽管目前这些发现仍需进一步验证，但μ子磁矩异常的发现无疑为物理学界注入了新的活力。随着实验技术的不断进步，我们有望在不久的将来揭开宇宙最深层的秘密。