20年物理疑云消散，“μ子异常”最新实验未发现显著偏差，标准粒子模型屹立不倒
一度轰动物理学界的「μ子异常 」，凉了。
美国费米实验室公布的最新实验结果显示：
尽管在2021年，研究人员发现μ子的磁性超出理论预测0.1%，令粒子物理标准模型笼上一朵阴云。
但他们的「最终」测试结果指出，并未发现新的显著偏差 。
也就是说，一切仍与标准模型相符，此前被认为可能颠覆粒子物理学的「异常」并不成立 。
所谓标准模型 ，是解释夸克、电子等微观粒子的物理模型。在希格斯玻色子被发现之后，标准模型预言的所有粒子都已被发现。
理论成功归成功，物理学家们却从未停止对「权威」的挑战——毕竟，在标准模型下，一些普遍存在的开放性问题不能得到很好的解释，比如暗物质。
在这种背景之下，打从2001年就漂浮起的「μ子异常」疑云，对于物理学界而言无疑充满了诱惑。
但现在，围绕于此的好奇和质疑，可能都要烟消云散了。
μ子g-2异常
我们还是先回到事情的起点：什么是μ子异常？
μ子是一种带电轻子，与电子性质相似，但质量约为电子的207倍。
μ子的磁矩反映了它在磁场中的行为，可以用一个无量纲参数g 来描述：g=2+aμ。
其中，aμ是μ子磁矩的反常值。
在标准模型中，理论计算可以非常精确地预测这个值，而如果实验测得的值与理论不符，就可能暗示着新物理现象 。
换句话说，粒子物理学的标准模型就被颠覆了，必须改写标准模型，引入新的粒子。
怀疑的种子可以追溯到20年前。2001年，美国布鲁克海文国家实验室（BNL）最早嗅到了异常。
他们实验测得的aμ值为116592089(63)×10^-11，而标准模型理论预测值为116591810(43)×10^-11。两者之间的偏差为3.7σ——
还不到能用来宣布重大发现的5σ，但已经足以激起物理学家们的好奇心。
在2013年，物理学家们费尽心思把实验装置从BNL运到了费米实验室，以便在实验中采用更强大的μ子源。
就是这个大家伙，一个直径15米的超导磁环：
2017年，计算μ子的g因子与2的差值的Muon g-2 合作项目开启。2021年，更令人激动的结果出现了：
费米实验室的初步结果与BNL结果一致，并且偏差进一步扩大到了4.2σ 。
但，桥豆麻袋……理论物理学家们发现，这事儿不对啊！
理论预测出问题了
同样是在2021年，在费米实验室3.7σ的实验结果出炉后，布达佩斯-马赛-乌普塔尔（BMW）合作组率先考虑到了理论计算的误差值 。
他们提出了一种新的计算μ子反常磁矩的方法：基于格点量子色动力学（lattice QCD） 的计算方法。
传统方法依赖于实验测量（如电子-正电子对湮灭数据）来计算强子真空极化对反常值的贡献。
而格点QCD则直接从理论基础出发，避免了对实验数据的依赖，消除了理论计算中面临的主要误差来源。
好家伙不算不知道，一算吓一跳。BMW发现，新的计算结果与其他理论预测均不一致，相反，跟Muon g-2测到的实验值是对得上的 ！
也就是说，如果BMW的结果是正确的，那理论和实验之间本来就不存在真正的分歧，闹了半天，μ子异常就是个乌龙……
在此之后，格点QCD方法迅速流行了起来，并得到了多种形式的改进。
值得关注的另一个重大进展是，2023年，俄罗斯的CMD-3项目，还基于传统数据驱动的方法，得到了跟BMW和费米实验室实验值一致的结果。
另一边，费米实验室也在继续提高实验结果的精确性。
2023年，费米实验室进一步将实验结果的精度提高了1倍，
而现在，最终测量结果的精度来到了127亿分之一 ——相当于用测量一粒向日葵种子的精度来称量一头野牛的重量。
同时，今年5月份，「Muon g-2理论倡议」合作组的最新理论计算结果也显示：标准模型和实验之间不存在矛盾，两者之间的差异不到十亿分之一。
疑云仍未完全消散
那么，现在就能完全断言「μ子异常」并不存在了吗？
物理学家们的说法是，理论研究仍在进行中，可能还需要几年时间才能最终确定。
标准模型再次在风暴中立住阵脚，但这也并不意味着对于μ子的探索会停下脚步。
上海交通大学副教授、Muon g-2项目成员许金祥就透露，目前费米实验室正在研究如何重新利用实验中使用的μ子「储存环」和磁铁，来探索更多未知。
无论是否存在异常，我们都能从中了解到一些关于自然的新知识。
能发现异常当然最好，但如果什么也没有，那我们也知道了要到其他更有可能的方向上发现新物理。
参考链接：
[1]https://arxiv.org/abs/2506.03069
[2]https://arxiv.org/abs/2505.21476
[3]https://www.scientificamerican.com/article/a-blockbuster-muon-anomaly-may-have-just-disappeared/
本文来自微信公众号“量子位”，作者：关注前沿科技，36氪经授权发布。
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