来自自然界的第五种力量，关于子g2的实验的主要内容

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　　朋友们好：
　　上一篇文章我们介绍了自然界中的四种基本相互作用：引力、弱力、电磁、强力。
　　今天就来说一说自然界的第五种力量，当然这还没有完全确定下来的。但科学实验已经显示，自然界中除了之前介绍的四种基本相互作用外，可能还存在尚未发现的粒子或力量相互作用。
　　这就要从著名的μ子g-2的实验开始说起了。这一切是如何开始的？
　　美国能源部阿贡国家实验室(DOE)和费米国家加速器实验室的科学家们正在与来自其他46个机构和七个国家的研究人员合作进行一项实验，以测试人类目前对宇宙的理解。
　　结果表明可能存在未被发现的粒子或相互作用。这种新的物理学可以帮助人类解释长期存在的科学奥秘，从而使人类对宇宙有一个全新的认识，并开发出新的技术。
　　Muon g-2项目是一项实验，始于20世纪90年代美国能源部布鲁克海文（Brookhaven）国家实验室，当时科学家测量了一种叫做μ子的基本粒子的磁性，其结果却与标准模型不同。
　　但是，按照常理来说，标准模型是科学家对宇宙的结构和行为的最佳描述。
　　难道是哪里出了问题？
　　因此，该项实验是布鲁克海文（Brookhaven）实验的重现，旨在以更高的精确度挑战或证实这种不一致是否真的存在。
　　科学家最近发现，μ子的行为几乎无可否认地具有＂新物理学＂的痕迹。也就是说，基本粒子物理学的主要理论即所谓的标准模型并没有描述这种现象。
　　但这还不是全部。
　　用μ子进行的两个不同的实验（在美国和欧洲）最终获得了意想不到的结果。介子在标准模型之外的表现与预期的不同，这可能会改变科学家对宇宙中所有事物如何运作的看法。
　　2021年，美国费米实验室在欧洲核子研究中心发表的初步实验结果挑战了物理学家对宇宙的看法。什么是＂新物理学＂？
　　大约50年前，一套被称为标准模型的规则被制定出来，是目前国际公认的理论结构，描述了宇宙中所有基本粒子的相互作用。
　　在过去的几十年里，实验一次又一次地证明，它对构成和控制宇宙的粒子和力量的描述在很大程度上是正确的。
　　新物理学，即标准模型之外的物理学。例如质量起源、强CP问题、中微子振荡、物质和反物质不对称、暗物质和暗能量的起源等等。
　　另一个问题是标准模型本身的数学基础与广义相对论不一致。
　　在某些情况下（例如，在众所周知的时空奇点的框架内，例如＂大爆炸＂和＂黑洞＂事件视界），其中一种或两种理论的描述会分成较小的描述。
　　标准模型之外的理论包括通过超对称性对标准模型进行的各种扩展，如最小的超对称模型和次小的超对称模型；或全新的解释，如弦理论、M理论和额外维度等。
　　由于这些理论通常与目前所观察到的现象完全一致或未达到具体预测的状态，只有通过实验才能判定什么理论是正确的(或者至少是向万物理论迈出的＂最佳一步＂)。这是目前理论物理学和实验物理学中最活跃的研究领域之一。
　　标准模型非常精确地预测了μ子的g因子，该值告诉科学家粒子在磁场中的行为。已知该g因子接近于2，并且实验测量了其与2的偏差，因此命名为Muon g-2。
　　布鲁克海文（Brookhaven）的一项实验表明，g-2与理论预测的差异为百万分之几。这种微小的差异暗示了介子与磁场之间存在未知的相互作用（可能涉及新粒子或力的相互作用）。
　　新的发现会导致什么后果呢？
　　超越标准模型的粒子可能会帮助人类解释其他的神秘现象。如暗物质的性质，这是物理学家知道广泛存在但尚未发现的神秘物质。什么是μ子？
　　μ子 （Muon），是一种轻子，它带有-1的基本电荷及1/2的自旋。它的符号是μ。μ子的反粒子是反μ子。
　　虽然μ子不是介子，但它有时会称作＂μ介子＂。
　　整个宇宙是由比原子小的粒子构成的。其中一些粒子是由更小的粒子组成的，而另一些粒子则不再破碎，这些是基本粒子。
　　μ子 是就是这样的基本粒子：它们就像电子一样，只是比电子重200倍。
　　Muon g-2实验期间，在强大的磁场影响下，粒子在圆形对撞机中沿着14米长的环被加速。
　　根据已知的物理学定律 ，这将导致一定频率的μ子 波动。然而，物理学家们发现，他们的波动频率超出了预期。在他们看来，这可能表明了一种以前从未被科学所知的力量的作用。
　　除了对μ子的影响外，没有人能确定还有什么受到这种新力量的影响。 换句话说，μ子 的行为超出了科学家的理解范围。
　　物理学家们想知道是否还有其他未知的第五种力量存在?第五种力量是什么?
　　人们的一生都受物理定律的支配。
　　每天接触到的所有力都可以归结为四种基本的相互作用：电磁力、强力、弱力和重力。
　　四个基本力决定了宇宙中所有物体和粒子的相互作用。例如：重力，也就是引力，会让物体掉到地上，如果没有其他力的作用，它们就不会离开。
　　但是，在芝加哥附近巴塔维亚实验室进行的Muon g-2 实验中，科学家们可能已经发现了新的第五种自然力量。
　　科学家们发现μ子之间的相互作用与标准模型不一致。很明显，因为这个发现很有可能开启了一个新的物理定律，新的粒子或新的力量的未来。
　　理论家认为，这可能与某种尚未被发现的亚原子粒子有关。
　　关于这个粒子有很多假设。它可能是所谓的轻夸克(在夸克和轻子之间传递信息的粒子)或Z玻色子(其本身可以用作反粒子)。
　　2021年，在欧洲大型强子对撞机上进行实验的物理学家们注意到，结果表明可能存在新的粒子和作用力。 结果
　　新实验的第一个结果与布鲁克海文（Brookhaven）实验的结果完全一致，这加强了发现新物理学的证据。
　　新的μ子g-2实验于4月7日所公布的最新测量结果，两次实验对反常磁矩的平均测量值为0.00116592061（41）；与之相比，根据标准模型预测的反常磁矩为0.00116591810（43）。这些结果的显著性差异为4.2 sigma ，它意味着这样的结果是有统计波动导致的几率约为四万分之一。虽然这略低于科学家在宣布一项新发现时所要求的5 sigma ，但已经是十分令人振奋和信服的新物理学证据。
　　然而，数据确实让全世界的物理学家怀疑人类对世界的理解是否正确。自从希格斯玻色子（通常被称为＂上帝粒子＂）被发现以来， 这种情况就再也没有发生过。
　　英国科学与技术设施委员会已经宣布，在美国的实验结果为存在迄今未知的亚原子粒子或新相互作用提供了有力的证据。
　　研究人员表示，在这两种情况下，再做一次实验——计划在一到两年的时间里——将达到物理学家对发现的极其严格的统计要求。
　　研究人员说，在一两年内重复计划-在两种情况下都计划-将满足物理学家对发现的极其严格的统计要求。
　　科学家们计划在未来一到两年的时间里再做一次实验，以达到物理学家对发现新定律的极其严格的统计要求。
　　如果这些结果被证实，它们将颠覆目前粒子物理学世界所做的＂所有其他计算＂。
　　一旦科学家掌握了这种新物理学，它就可以为宇宙学和量子力学模型提供信息，甚至可以帮助科学家在未来发明新技术。
　　近年来，科学家们面临着许多关于宇宙的谜团，而经过检验的新物理学将极大地帮助人类解开这些谜团。
　　（本文完结）
　　下一篇：为什么地球需要磁场以及它是如何变化？
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