研究发现，缪子未能颠覆我们所知道的物理学

几十年来，异常巨大的缪子（Muon）一直威胁着标准模型，但新的数据将这种粒子置于既定物理学的舒适范围内。

另一颗钉子可能会密封缪子作为新物理学的场所的棺材。 一组物理学家在模拟中对缪子的性质进行了高度精确的计算，发现该粒子的性质比之前认为的更符合标准模型。

这个团队被称为BMW Collaboration，他们的研究目前托管在预印本服务器arXiv上，这意味着它还没有在同行评审的期刊上发表。该团队之前的研究结果于2021年发表在《自然》杂志上，“削弱了实验与理论之间长期存在的差异。”换句话说，当涉及到我们对缪子的理解时，他们的工作使实验物理学更接近理论预测。

在这篇新论文中，该团队在比之前工作更精细的晶格上进行了大规模晶格量子色动力学（QCD）模拟，得出了更精确的计算结果。从本质上讲，该团队将QCD作为输入，在时空上放置网格，并对其进行模拟。他们的结果预测了缪子的异常磁矩，仅比测量该特性的实验平均值差0.9个标准差。

缪子和标准模型

缪子是一种基本粒子，质量大约是电子的207倍。大约20年来，科学家们一直认为缪子是发现新物理学的潜在场所。问题在于该粒子的异常磁矩（G-2）的测量，这一特性描述了量子力学对磁场存在下粒子摆动的贡献。缪子的G-2与粒子物理标准模型的预测不符，标准模型是过去50年来物理学的基础理论。

与通过粒子碰撞测量G-2的大型实验不同，该团队的研究“不需要任何实验输入”。它只需要激活潜在的理论，也就是QCD，”该研究的合著者、加州大学圣地亚哥分校的理论粒子物理学家佐尔坦·福多（Zoltan Fodor）表示。“你最终会得到你今天在我们的数据上看到的结果：结果与实验结果完全一致。”

换句话说，研究小组的发现表明，缪子预测的异常磁矩与标准模型预测的异常磁矩之间的明显差距，并不像以前的发现所表明的那么大。

主要的实验结果提出了新的物理学

20世纪60年代，欧洲核子研究中心首次测量到缪子的异常磁矩，但测量结果并不精确。2006年，布鲁克海文国家实验室的E821实验公布了缪子G-2的最终测量结果，结果与标准模型预测相差两个标准差以上，在随后的计算中，差异扩大到三个标准差以上。

“用新的物理学来解释缪子的G-2并不是那么容易，”苏黎世大学和保罗·谢勒研究所的理论物理学家安德烈亚斯·克里韦林（Andreas Crivellin）认为。“这不是自然而然产生的东西；你必须努力找到一个能给你带来可观影响的模型。”

物理学家认为一个真正发现的统计学里程碑 —— 表明在标准模型下，结果偶然发生的概率极小 —— 是5个标准差，或“5西格玛”。

2021年，缪子G-2合作组织宣布了缪子磁矩的测量结果，与标准模型存在4.2个标准差的差异。自布鲁克海文的结果以来，数据之间的差距扩大了。但去年，俄罗斯的加速器CMD-3的实验结果似乎缩小了数据之间的差异。前进两步，后退一步，取决于你怎么看。

克里韦林说：“晶格的第一原理计算和CMD-3测量结果一致，但都没有指向新的物理学。我不太希望缪子的G-2真的会产生相当大的新物理效应。”

这给我们带来了什么？

还有其他方法可以探索缪子的性质。2022年，媒体询问了几位物理学家，考虑到自2012年观测希格斯玻色子以来的相对平静，粒子物理学的下一个重大突破可能是什么。一位物理学家建议用缪子对撞机 —— “如果我们对缪子有疑问，就让我们用缪子来找出答案，”他们说。

就在上周，另一组研究人员发表了他们对缪子束实验的分析，这可能为未来的缪子对撞机铺平道路。但是，建造一个新的对撞机既昂贵又耗时。

对于现有的实验，更多的数据总是有用的，以更精确的方式重新测试之前的结果，可能会表明标准模型是否继续成立。费米实验室的缪子（Muon）G-2实验预计将于明年发布最终结果。如果之前的结果有任何迹象的话，明年的数据将是缪子传奇中的另一个数据点，而不是其最后一章。

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