μ子g-2实验测量正μ子反常磁矩至0.20ppm

导读 Muong-2合作组织是由世界各地不同研究所的批研究人员合作进行Muong-2实验。这是一项研究工作,旨在利用费米国家加速器实验室(Fermilab)的强...

Muong-2合作组织是由世界各地不同研究所的批研究人员合作进行Muong-2实验。这是一项研究工作,旨在利用费米国家加速器实验室(Fermilab)的强大加速器探索μ子(本质上是重电子的短命粒子)的相互作用。

Muong-2合作组织最近根据费米实验室2019年至2020年间收集的数据,报告了一种对所谓正μ子磁异常的新测量结果。该测量结果与他们之前的测量结果一致,同时将误差减少了超过1倍以上。2.实验条件的改善。

研究结果发表在《物理评论快报》杂志上。

纽约城市大学约克学院助理教授、Muong-2合作项目成员AndrewEdmonds表示:“PRL论文是我们实现以十亿分之140精度测量μ子磁异常的目标的下一步。”告诉Phys.org。“它建立在我们2021年发布的先前结果的基础上,该结果的精度为十亿分之460,而本次结果的精度为十亿分之200。作为参考,将自由女神像测量到十亿分之200相当于测量精确到千分之0.2英寸。”

μ子磁异常是表示μ子的反常磁矩的值。到目前为止,该值的实际测量值与理论预测之间存在差异。

报告的理论值和测量值之间的差异可能是统计侥幸的结果,而不是标准模型之外目前无法解释的物理现象。然而,通过收集越来越精确的测量结果,埃德蒙兹和他的同事希望进一步澄清这个问题。如果结果在越来越高的精度下保持不变,则可以证实报告的差异是超出标准模型的物理结果。

“我们通过将μ子存储在直径为14m的高度均匀的磁存储环中来进行测量,”Edmonds解释道。“μ子在环周围呼啸而过,最终衰变成正电子(即带正电的电子)。正电子不会被存储,因此会撞击环内部的探测器。我们计算了正电子的数量撞击探测器并观察到正电子数量的振荡。”

为了导出μ子磁异常,μ子g-2合作项目最终将记录的正电子数量振荡频率与高精度的磁场测量相结合。他们最近的论文中提出的测量是迄今为止最精确的,因为实验条件得到了改善,粒子束的稳定性也得到了改善。

“我们的新测量结果与之前的测量结果一致,”埃德蒙兹说。“这让我们更加确信我们正在测量正确的值,并且我们越来越接近能够确认这种差异是否是统计上的侥幸。”

Muong-2Collaboration最近发表的这篇论文进一步证实了正μ子磁异常受到标准模型之外的物理过程的影响。研究人员现在正在分析他们的最终数据集,其中将包括粒子加速器在费米实验室运行六年期间收集的所有数据。

“最终的数据集包含的数据比我们前两次测量多4倍,因此我们的精度应该减半,这样我们就可以达到十亿分之140的目标,”Edmonds说。“与此同时,理论家们将更新他们对μ子磁异常的理论值,因此我们应该在2025年进行实验测量和理论预测之间的最终对决,以确认这种差异是统计上的侥幸还是由物理引起的超越标准模型。”