μ子的奥秘继续让物理学家着迷。去年，一项实验表明，基本粒子具有莫名其妙的强磁性，这可能打破了被称为标准模型的粒子物理学领先理论长达数十年的连胜纪录。现在，几组修改后的计算表明，该理论对μ子磁性的预测可能与实验测量结果相差不太远。
新的预测是初步的，并不能完全证明标准模型的正确性。但通过缩小理论和实验之间的差距，他们可能会更容易解决差异——同时可能会产生另一个差异。
μ子几乎与电子相同，只是它比电子重200倍且寿命短，在粒子碰撞中产生后衰变百万分之一秒。像电子一样，μ子有一个磁场，使它像一个微小的条形磁铁一样工作。当 μ 子旅行时，它们会产生各种粒子，这些粒子会短暂地出现和消失。这些短暂的粒子略微增加了μ子的磁性，称为磁矩。最大的问题是：多少？
如果标准模型已经包含了宇宙的所有基本粒子，它应该能够精确地量化这种额外的贡献。但是，如果实验证明自然界偏离了这一预测，那么它将表明存在迄今为止未知的粒子，其短暂的出现会使 μ 子的磁矩扭曲得比预期的要大。研究人员已经看到了这种差异的迹象，并且花了几十年的时间试图提高理论和实验的准确性，以确认它们是否确实给出了不同的结果。
相互矛盾的结果
2020 年，理论物理学界发表了一篇共识论文，对 μ 子的磁矩1进行了最准确的预测。这在很大程度上依赖于基于标准模型基本原理的计算，但研究人员需要插入一些实验数据来反映夸克和胶子等粒子的磁影响，仅使用理论无法充分计算。
这一计算很快与μ子磁矩的最精确实验测量相结合。2021 年 4 月，在伊利诺伊州芝加哥市郊的费米国家加速器实验室（Fermilab）进行的μg -2 实验报告称，μ子的磁矩明显高于理论预测2。
然而就在同一天，与宝马合作的物理学家公布了不需要实验数据帮助的磁矩的单独计算。他们使用一种称为晶格量子色动力学（lattice QCD）的技术来模拟夸克、胶子和其他粒子的行为。这使得 μ 子的磁矩高于2020年共识论文中的计算值，更接近于 μ 子g -2 实验值3。
Lattice QCD 在共识论文中没有发挥重要作用，因为当时对该技术的预测不够精确。最先进的数学技术和纯粹的超级计算能力随后帮助 BMW 团队为他们的lattice-QCD模拟提供了足够的提升，从而达到了成绩。从那时起，世界各地至少有八个物理学家团队一直在竞相验证或改进宝马的预测。他们首先关注宝马模拟的有限范围的粒子能量。
该能源“窗口”的两个初步结果于 2022 年 4 月发布在 arXiv 预印本存储库中：一个由纽约市福特汉姆大学的 Christopher Aubin 及其合作者4撰写，另一个由艾克斯-马赛大学的 Gen Wang 撰写在法国5。本月早些时候，另外两个小组——一个由德国美因茨约翰内斯古腾堡大学的 Hartmut Wittig 领导，另一个由罗马国家核物理研究所的 Silvano Simula 领导——在洛杉矶的一次介子会议上宣布了他们自己的窗口结果，加利福尼亚。Simula 小组正在编写预印本，Wittig 小组于 6 月 14 日提交了预印本. 所有四个计算都验证了 BMW 自己的窗口结果，尽管它们的格子技术各不相同。“解决问题的非常不同的方法得到了非常相似的结果，”Aubin 说。
新共识
“随着时间的推移，不同的研究小组正在趋同于一个与 BMW 一致的结果，至少在中间窗口，”德国雷根斯堡大学的物理学家 Davide Giusti 说，他是 Simula 合作的前成员，他现在与雷根斯堡的同事 Christoph Lehner 领导的另一个 lattice-QCD 小组合作。
但这些计算仍然是初步的，一旦应用到当前窗口之外，最终可能会出现分歧。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的理论家 Aida El-Khadra 说：“我们还不知道其他合作的晶格结果是否与 BMW 其他部分的结果一致”。晶格-QCD 努力。
此外，Muon g - 2 实验结果仍高于格子 QCD 计算的值，因此现在断定标准模型一直是正确的还为时过早。费米实验室预计明年将公布磁矩的更新值，但“即使理论预测和实验之间的差距变得更小——即使只有一半——仍然会有很大的差异”，维蒂格说。
日内瓦郊外的欧洲粒子物理实验室 CERN 的理论物理学家 Sven Heinemeyer 说，如果晶格 QCD 和实验最终收敛到相同的值，物理学家仍然需要解释为什么 2020 年的共识论文如此离题。瑞士。
目前，物理学家只能说摸不着头脑。“很难相信我们所有的晶格模拟都是错误的，”Aubin 说。但他说，也很难想象从 2020 年开始的数据驱动计算会如何出错。
尽管如此，Giusti 说，晶格 QCD 将对 μ 子磁性问题产生重大影响已经很清楚了。“这个计算真是令人兴奋，无论答案是什么，都将是决定性的。”
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