费米实验室的物理学家对一个长期存在争议的值进行了有史以来最精确的测量，即被称为μ子的基本粒子的磁 “摆动”。
有些令人失望的是，该测量结果与标准模型高度吻合，这意味着它可能并不像一些人所希望的那样隐藏着任何奇异的新物理学。
μ子与电子类似，但其质量约为电子的207倍。理论上，μ子在磁场中的运动方式应该是非常可预测的，这可以用所谓的旋磁比（或g因子）来概括。
在简单的情况下，g因子的值应该是简洁的2，但当然事情没那么简单。μ子的磁运动存在一定的反常，就像圆周率略大于3一样，μ子的g因子似乎也略大于2。
有多小的差异呢？根据费米实验室μ子g – 2实验的新结果，这个差异仅为0.001165920705。该测量纳入了六年粒子加速器实验收集的数据。
研究团队表示，这个最终数值的精度达到了十亿分之127。为了说明这种精度水平，研究人员称，如果以这种精度测量美国的宽度，就能察觉是否少了一粒沙子。
但这项研究真正有趣的部分在于，它为解释这种反常磁运动的新力或新粒子留下了空间。
一个名为μ子g – 2理论倡议的相关项目着手检验标准模型对该值的预测。他们纳入了比以往更广泛的数据集，最新计算结果为0.00116592033。这使得它与实验得出的值极为接近，几乎没有为任何酷炫、奇异的物理学发挥作用留下空间。
“μ子的反常磁矩，即g – 2，很重要，因为它为粒子物理学的标准模型提供了一个敏感的测试，”美国能源部高能物理办公室的实验物理学家雷吉娜·拉梅卡说。
“这是一个令人兴奋的结果，很高兴看到一个实验以精确测量明确告终。”
当μ子在磁场中自旋时，其磁极本质上应该与磁场对齐。但事实并非如此，相反，它会有轻微的摆动，就像一个不平衡的旋转陀螺。如果这种摆动特别极端，可能意味着μ子受到了看不见的未知粒子的推动。
真空并非真正空无一物，由于量子涨落，虚拟粒子对不断地产生和消失。这些短暂闯入我们现实的粒子会以各种方式影响附近的其他粒子。
由于μ子相对较重，它对虚拟粒子的影响特别敏感。因此，通过精确测量μ子超出预期范围的摆动程度，物理学家可以计算出这些神秘虚拟粒子的性质，有可能开启标准模型之外的新物理学领域。假设性的解释可能包括暗光子或超对称性。
μ子的g因子几ō..
此后几十年的进一步实验带来了越来越精确的测量，同时计算标准模型预测的技术也在同步改进。然而，不匹配的情况仍然存在。
当前版本的μ子g – 2实验于2018年启动，每年进行一次新的实验运行，直至2023年。前三轮运行的数据分两批发布，每一批似乎都越来越指向新物理学。
最新测量纳入了全部六轮运行的数据，这使得数据集比上次发布时增加了两倍多。这些数据不仅更丰富，质量也更高，因为利用了设备的改进。
对于那些希望在物理教科书中增添新篇章的人来说，遗憾的是，在这种情况下，一切似乎都符合预期。但这并不意味着我们知晓了一切，暗物质甚至引力尚未纳入标准模型，所以仍有许多空白有待填补。
这项研究已提交至《物理评论快报》杂志，并可在预印本服务器arXiv上获取。