 宇宙射線中的μ子
撰文 | 洪 然（美國阿貢國家實驗室） 責編 | 王一葦 ● ● ● 這些天,，Muon g-2實驗刷屏了,。4月7日結(jié)果公開后，我們的實驗結(jié)果在多個國家各種媒體上如雨后春筍般涌現(xiàn),。大老板 Chris Polly（編者注：費米國立加速器實驗室物理學家,，繆子g-2項目發(fā)言人之一）總結(jié)，目前英文媒體的報道標題就有三頁紙,。 μ子這個原來只在核物理,、粒子物理圈被人熟悉的粒子，突然在整個網(wǎng)絡徹底火了一把,。但是,，看著滿屏幕的搶眼標題，諸如“物理學恐被顛覆……” “物理學家最后的嘗試……” “物理學大地震……” “第五種力的重大證據(jù)……”,，我開始擔心起來,。雖然這些吸引眼球的標題們?yōu)楦鱾€平臺賺了很多流量，也讓我們研究組名聲大振,，但是科學家們嚴謹求是的形象可能毀于類似的夸張報道,。 近日，我已經(jīng)聽到不少批評的聲音,。這些聲音主要針對目前實驗上或者理論計算上可能出現(xiàn)的錯誤,，以及花費如此大的人力物力去研究μ子反常磁矩的意義。之前我已經(jīng)在《妙子漫談》[4] 一文中談了很多自己的經(jīng)歷和感受,。在這篇文章里,，我想更多介紹一下這項研究的意義，和近年來合作組所有成員為了得到這個結(jié)果所做的巨大努力,。 μ子,，基本粒子 “二代”作為第一個被發(fā)現(xiàn)的 “二代” 粒子，μ子的發(fā)現(xiàn)是物理學史上的重要里程碑,。在此之前,，人們根本沒料到，這樣不穩(wěn)定的基本粒子會存在。 它的發(fā)現(xiàn)也充滿了戲劇性,。英國物理學家約瑟夫·湯姆遜（Joseph Thomson）在19世紀末發(fā)現(xiàn)了電子后,，人類開始了對亞原子世界的探索。隨后科學家們又相繼發(fā)現(xiàn)了組成原子核的質(zhì)子和中子,。那時,，質(zhì)子、中子,、電子就是組成世間萬物的基本粒子,。當時要解決的一大問題就是質(zhì)子和中子之間的強相互作用應該怎么用數(shù)學描述。 隨著量子力學的發(fā)展,，科學家對電磁相互作用有了更深刻的理解,。粒子間的電磁相互作用可以描述為“兩個帶電粒子交換光子”這個圖景,。那么質(zhì)子和中子間的強相互作用是否也是它們在交換什么粒子呢,？ 日本物理學家湯川秀樹在1935年提出一種模型，簡單說就是質(zhì)子中子之間會交換一種強相互作用的媒介粒子,。他稱之為“介子”并估計了它的質(zhì)量,。 1936年，美國物理學家卡爾·安德森（Carl Anderson）在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了一種新粒子,，質(zhì)量和湯川秀樹預言的差不多,。當時人們以為這個新的粒子就是強相互作用的媒介子，所以稱之為μ介子,。但是進一步研究表明,，它不參與原子核內(nèi)的強相互作用，而是更像電子,。從那以后人們就稱它為μ子,，并把它歸到 “輕子” 這一類。 后來,，1947年π介子被發(fā)現(xiàn),，這才是原子核里質(zhì)子和中子相互作用的傳遞者。隨著更深入的研究,，人們發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子也不是基本粒子,，在它們內(nèi)部有著由夸克和膠子組成的一個非常復雜的系統(tǒng)。目前夸克被認為是基本粒子,，而質(zhì)子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)究竟是怎樣至今依然是一個前沿課題,。 電子和μ子都屬于輕子。μ子的質(zhì)量是電子的207倍,，但它們與其他粒子相互作用的方式都完全相同,。后來人們又發(fā)現(xiàn)了比已知夸克質(zhì)量大，其他行為相同的重夸克。這些新粒子被稱為“第二代”基本粒子,。這些粒子的壽命都很短,。μ子的壽命只有2微秒左右，對我們?nèi)祟悂碚f可謂是轉(zhuǎn)瞬即逝,。那么它們的存在有著什么意義,？這些茫茫宇宙中的 “蜉蝣”，是否在宇宙萬物運行規(guī)律中扮演者重要的幕后角色,？如果沒有它們,，宇宙是否還能演化成今天這個樣子？ 愛因斯坦曾經(jīng)說過：“宇宙最不可思議的事,，就是這宇宙竟然如此可思可議”,。這里的 “可思議”，就是說 “物理規(guī)律可以用數(shù)學精確描述,?！?為了用數(shù)學去描述這些基本粒子的相互作用，然后去窺探它們在宇宙演化中扮演的角色,，科學家們花了半個多世紀的時間,，一步步解開了基本粒子世界的秘密。而μ子在這個探索歷程中扮演了重要的角色,。 μ子可以說是 “二代” 粒子中與我們?nèi)粘Ｉ盥?lián)系最緊密的一個了,，因為它在天然的宇宙射線中就存在。雖然宇宙射線中的μ子是在高層大氣中產(chǎn)生的,，但是它們的穿透力極強,，在一些在地下幾公里的探測暗物質(zhì)的實驗室里偶爾都能找到他們的身影。 雖然μ子的壽命只有2.2微秒,，但宇宙射線里的μ子接近光速,，由于相對論里的時間膨脹效應，我們在地面觀測到的μ子壽命要長很多,。這樣它們就有足夠的時間從高層大氣運動到地表,。這是狹義相對論正確性的最好實驗證明之一。 了解μ子如何在宇宙射線中產(chǎn)生后,，科學家們就掌握了如何在加速器中產(chǎn)生μ子,，精密測量它的各種性質(zhì)。在各種高能粒子反應中產(chǎn)生的μ子也可以被準確探測到,。 目前在大型強子對撞機（LHC）運行的緊湊型繆子螺線管探測器（compact muon solenoid,，簡稱CMS）就是一個大型的μ子探測器。在Muon g-2這個實驗中被測量的μ子反常磁矩,，也是它的一個重要參數(shù),。 被誤解的 “標準” 模型在探索基本粒子世界的過程中,，理論物理學家和實驗物理學家在20世紀都做出了卓越的貢獻，建立了一套標準模型,，但這套模型本質(zhì)上并不“標準”,。 自從人類學會了建造加速器后，除了觀察宇宙射線里自然產(chǎn)生的高能粒子外,，還可以通過碰撞質(zhì)子,、電子這些穩(wěn)定粒子，產(chǎn)生新的粒子,。一對高能粒子對撞,，只要能量夠高，碰撞后就有可能把一部分動能轉(zhuǎn)化成新的粒子,。就這樣,，我們已經(jīng)撞出了大量新的粒子。除了上文提到的 “二代” 粒子,，“三代” 粒子也是存在的,。最重的 “三代” 粒子 “頂夸克” 在1995年于費米實驗室Tevatron加速器被發(fā)現(xiàn)。 理論物理學家們通過這些大量的觀測數(shù)據(jù),，在量子場論的理論架構(gòu)上,，提出了粒子物理的 “標準模型”,。這個模型可以描述所有已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的基本粒子和他們之間的強,、電磁、弱三種基本相互作用,。根據(jù)標準模型算出來的電子反常磁矩也是在萬億分之一這個量級上與實驗測量值相符合,。標準模型中還包含了一個非常精妙的Higgs機制，而這個機制預言的Higgs粒子,，也在2012年被發(fā)現(xiàn),。所以，標準模型可謂是一套空前成功的理論,。  標準模型粒子表 然而,，所有物理學家都清楚，這個 “標準模型” 并不是什么神圣不可侵犯的宇宙規(guī)律,。它只不過是目前科學家們用數(shù)學對已知粒子行為的最好的描述,。縱觀近代物理學史,，很少有哪個新的理論完全推翻了過去的舊理論,。新理論往往是給舊的理論設(shè)定了一個適用范圍，然后給出一個在更大范圍內(nèi)更加普適的規(guī)律,。例如,，狹義相對論并沒有推翻經(jīng)典力學,，而是指出經(jīng)典力學對自然的描述只是相對論的描述在低速下的近似。 在粒子物理界,，科學家們已經(jīng)很清楚,，目前的標準模型在能量更高（比現(xiàn)在最大的加速器的能量還要大一萬億倍）的粒子碰撞時肯定是不適用的。引用徐一鴻在《簡明量子場論》一書中的一句很風趣的話：“如果你碰到一個自稱是物理學家的人要賣給你一套適用于任何能量尺度的理論,，你最好調(diào)查一下他是不是靠賣二手車為生,。” 所以,，發(fā)現(xiàn)標準模型之外的物理規(guī)律是早晚的事,。 另外，難道現(xiàn)在真的沒有任何觀察到的現(xiàn)象是標準模型沒辦法解釋的嗎,？非也,！一個非常簡單的問題：為什么宇宙中的物質(zhì)比反物質(zhì)多這么多？雖然標準模型中的一些機制讓物質(zhì)粒子與反物質(zhì)粒子的行為略有區(qū)別,，但是這種區(qū)別沒有大到可以解釋這個物質(zhì)很多反物質(zhì)很少的宇宙,。除此之外，天文觀測發(fā)現(xiàn),，宇宙中標準模型里的粒子只占總能量的5%,，而所謂的暗物質(zhì)則占27% ，標準模型能描述的僅僅是宇宙中非常少的一部分物質(zhì),。中微子（編者注：質(zhì)量非常輕的一種不帶電輕子）的質(zhì)量究竟該用什么樣的形式 “植入” 標準模型,，至今沒有定論。這樣的例子不勝枚舉,，所以標準模型遠不是一套無懈可擊的理論,。 另一方面，標準模型的擴展,，以及其他更加普適的理論層出不窮,。最出名的可能就是 “超對稱” 理論。其實這也是一類新理論的總稱,。在這些理論里,，所有標準模型里的粒子都對應著一個 “超對稱” 粒子，這些理論的不同點就是怎么描述這些新粒子與標準模型內(nèi)的粒子的作用,。不過遺憾的是,，實驗上并沒有足夠的證據(jù)去確定到底哪一個理論是對的。我們需要更多的自然界不符合標準模型描述的跡象,， 再去判斷這些新的理論到底哪一個 “靠譜”,，或者說它們都 “不靠譜”。 目前還在進行的Muon g-2的實驗,，也是為了檢驗之前在2006年發(fā)現(xiàn)的μ子反常磁矩與理論預言不符合到底是真的不符合,，還是因為某些誤差導致的,。所以，千萬不要把Muon g-2實驗想象成一個 “踢館” 實驗,。我們的實驗結(jié)果只能對未來的理論發(fā)展提出 “建設(shè)性意見”,。 就像計算電子的反常磁矩一樣，μ子的反常磁矩也是可以用標準模型精確計算出來的,。所謂的g因子,，就是μ子磁矩的一個量度。根據(jù)英國物理學家狄拉克（Paul Dirac）最開始的量子力學模型,，μ子的g因子是2,。后來施溫格（Julian Schwinger）考慮更多的量子力學效應，發(fā)現(xiàn)g因子是稍微偏離2的,，物理學界把這個偏移量稱為g-2（讀作g減2,，非g杠2），并把相對偏移量(g-2)/2稱為反常磁矩,。 最初,，μ子的反常磁矩理論計算值和實驗測量值在實驗的誤差范圍內(nèi)是相符的。但是,，隨著技術(shù)的提升,，實驗誤差越來越小，兩者漸漸出現(xiàn)顯著偏差,。這就像用厘米刻度尺測不出來的長度差別,，用毫米刻度尺就可以測出來。 2006年,，Brookhaven國家實驗室公布了最新的μ子的g-2實驗結(jié)果,，與標準模型的計算值有明顯偏差。在接下來的研究中,，理論計算精度得到進一步提高，兩者的差別達到3.5個標準差之多,。也就是說,，我們有99.98%的把握，粒子物理標準模型是不能描述μ子的反常磁矩的,。 用標準模型來計算μ子的反常磁矩也是一項艱巨的工作,。在量子場論的模型里，真空并不是一無所有,，而是一直不斷產(chǎn)生,、湮滅正反粒子對。這些正反粒子 “泡泡” 雖然對時間做平均后依然是一無所有,，但是它們會對實粒子之間的相互作用產(chǎn)生影響,。μ子的反常磁矩就是因為在它與磁場相互作用時,，還 “偷偷” 和真空中的 “虛粒子泡泡” 發(fā)生相互作用。如果這些 “虛粒子泡泡” 中有目前還沒有探測到的粒子,，那么它就有可能是造成μ子反常磁矩實驗與理論不符合的 “元兇”,。這就給人以無限遐想……（“說不定是暗物質(zhì)呢~”）  量子色動力學的真空漲落 子非μ子，安知μ子之進動也,？μ子的反常磁矩可以通過它在磁場中的運動反映出來,。μ子是帶電粒子，又是有自旋的粒子,?？梢园阉胂蟪梢粋€旋轉(zhuǎn)的帶電陀螺。在磁場里,，旋轉(zhuǎn)的帶電粒子會產(chǎn)生一個磁矩,。把μ子放在磁場里，μ子的自旋方向就會繞著外加磁場轉(zhuǎn),。這種運動被稱為自旋進動,。  進動示意圖 在實驗上測量μ子的反常磁矩，科學家們會把用加速器產(chǎn)生的μ子儲存在磁場里,，然后測量它自旋方向繞著磁場方向進動的頻率,。這個進動頻率除以磁感應強度再乘以一些常數(shù)（普朗克常數(shù)，光速之類）得到的就是(g-2)/2的值,。 測量μ子的自旋進動肯定沒有說得這么容易,。真實世界里的μ子是不會像教科書的插圖里那樣自帶箭頭指向其自旋方向的?？茖W家們必須想辦法把μ子的自旋方向轉(zhuǎn)化為實驗上可觀測的量,。 這里弱相互作用的性質(zhì)幫了大忙。還記得楊振寧和李政道提出的弱相互作用宇稱不守恒嗎,？弱相互作用的這個性質(zhì)決定了μ子衰變后釋放的電子方向是與子的自旋方向關(guān)聯(lián)的：μ+粒子衰變后釋放的e+粒子更傾向于沿著μ子的自旋發(fā)射,。
其實探測基本粒子并不復雜,，關(guān)鍵是要把它們留下的痕跡轉(zhuǎn)換成光、電這些人們100年前就研究很清楚的東西,。不過這100年來人類在工程上的進步,，已經(jīng)讓我們可以把這么微弱的信號放大到可以探測的強度，并且能在納秒的時間尺度去記錄這發(fā)生的一切,。有了這些儀器,，我們才有可能去精密的研究基本粒子的各種性質(zhì)。 除了μ子的自旋進動頻率,，儲存μ子的磁場也需要被測量,。用來產(chǎn)生磁場的環(huán)形磁鐵價格昂貴，是從上一代實驗繼承下來的,，但是磁場探測設(shè)備幾乎是重新設(shè)計的,。我所在的阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）研究組就是主要負責用核磁共振探頭測量磁場。大家可能在醫(yī)療成像領(lǐng)域聽說過核磁共振,，它的原理就是讓一個射頻信號的頻率與原子核在磁場里的進動頻率相同,，然后用這個射頻信號去操縱原子核，再探測之后原子核發(fā)出的信號,。說穿了,，我們就是用質(zhì)子在磁場中的進動頻率來度量磁場。在做實驗的過程中,，大約每隔三天我們就會把一輛載有17個核磁共振探頭的 “小火車” 放在磁場中掃描磁場,。最后在做數(shù)據(jù)分析時，根據(jù)μ子的進動頻率和我們測量的磁場平均值我們就可以算出來μ子的反常磁矩,。 困難的問題都被解決了,，只剩下超級困難的問題科研是很嚴肅的工作，雖然我們業(yè)余生活豐富多彩,，但是到了工作的時候,，大家都是一絲不茍。甚至為了讓實驗正常運行,，很多人都要犧牲很多個人時間。 從實驗設(shè)備開始建造那天起,，我們就不停遇見新的挑戰(zhàn),。 2013年，μ子儲存環(huán)磁鐵的超導線圈從布魯克海文實驗室啟程,，從紐約長島沿美國東海岸南下,，沿密西西比河北上,，再沿著公路慢慢開到費米實驗室。許多圍觀群眾以為我們在運一架外星飛船,。 在我們看來,，這個過程每一天都是提心吊膽。磁鐵的超導線圈非常脆弱,，這個14米直徑的線圈只要一側(cè)相對另一側(cè)形變2毫米,，線圈就會斷，整個計劃就前功盡棄,。所以整個運輸過程都是小心翼翼,。經(jīng)過拆解、長途跋涉,、重新組裝,，誰也不能保證它還能正常運行。當大家看到這個超導磁鐵被冷卻到液氦溫度,，并把電流加到5000A時,，才松了口氣。 接下來,，我們的一個團隊經(jīng)過一年奮戰(zhàn),，把幾千個鐵塊調(diào)到最合適的位置，讓整個環(huán)的磁場不均勻性控制在在萬分之一這個級別,?？蒲胁粌H僅是對腦力的挑戰(zhàn)，也是對體力和耐心的挑戰(zhàn)：用酒精擦干凈真空倉的每個角落,，排布電纜,，安裝電子儀器……雖然這些勞動聽起來非常枯燥,，但是要把這個實驗做好,，儀器的每一根線都要連對。如果在清理真空倉時粗心大意,，就會實驗運行的時候花幾天都達不到需要的真空度,，在殘余氣體過多時，各種高壓電極就會火花四濺,。這些都是我們在2017年調(diào)試儀器的時候親身經(jīng)歷過的,。 2017年7月，在一個炎熱的夏日,，第一束混著很多質(zhì)子的子注入g-2實驗的儲存環(huán),，我們也第一次看到了μ子自旋進動的信號。我們十幾個有幸能目睹這一刻的人當晚就在費米村里的酒館慶祝了一下。但開機調(diào)試不久,，我們又發(fā)現(xiàn)很多儀器并不是像設(shè)計的那樣完美,，很多新問題需要解決。解決這些問題可不像解教科書上的習題那么容易,。沒有什么地方有標準答案案,，我們只能根據(jù)觀察到的現(xiàn)象來推測到底是哪一個儀器出了問題。這時候大家只能傾盡所有智慧,，猜測可能的情況,，然后再嚴禁的分析每一種情況，最終找出問題的真正緣由,，再設(shè)計解決問題的方案,。可以說,，每解決一個小問題都是一場 “科研冒險”,。 當少年們夢想著長大后當科學家時，可能都有志向稱為下一個牛頓,，下一個愛因斯坦,。但是，整個近代科學發(fā)展的400多年,，才出現(xiàn)兩位這個級別的物理學家,。就算把這個名單擴展到下一個層級，能排上號的也不多,。有時候我們不禁慨嘆：“簡單的問題都被100年前的偉人解決了,，困難的問題都被這100年的偉人解決了，留給我們做的只有超級困難的問題,?！彪m然這句話講出來確實有些無奈，但是我們依然相信,，再困難的問題也是可以在人類的集體智慧下解決,。在這個過程中，自己能夠?qū)W習到過去的科學先驅(qū)的精妙思想,，又能為解決當前的困難問題貢獻自己的腦力和體力,，不亦樂乎？ 人生最大的敵人就是自己2008年7月,，我們終于有了第一批數(shù)據(jù),，接下來又是漫長的數(shù)據(jù)分析過程。每一種系統(tǒng)誤差都有人負責研究怎么修正,，怎么確定最后的誤差值,。在數(shù)據(jù)分析的過程中，也總是會發(fā)現(xiàn)一些之前沒有考慮到的誤差來源,，這時候可能還需要在后續(xù)實驗中進行有針對性的測量來確定第一批數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差,。在數(shù)據(jù)分析的過程中，最大的危險莫過于自己先入為主的意識,。 學界流傳著一種 “研究生效應” 的傳言,。歐洲核子研究中心（CERN）的很多實驗也在找標準模型以外的粒子，這些項目中很多也是一些研究生的畢業(yè)項目,。一般來說,，如果學生的分析與標準模型一致，那就是很平凡的結(jié)果,。只要分析沒有大問題,，導師都會讓他通過。但是一旦學生的分析結(jié)果有和標準模型不一致的發(fā)現(xiàn),，那么導師就會非常仔細地審核學生的分析,，看看他的分析是否可信。所以很多學生傾向于 “符合標準模型” 這種結(jié)果以盡快畢業(yè),。如果有這樣的心理偏向,，就很可能在數(shù)據(jù)分析還不徹底但是結(jié)果符合標準模型時，學生就說工作做完了,。這樣分析出來的結(jié)果顯然就沒有什么說服力,。先不論這個傳言的真假，“研究生效應”在我們的實驗中是一定要避免的,。 怎么排除這種心理偏向呢,？一個物理界公認的做法是叫 “盲分析”（blind analysis），就是在自己宣布自己對分析結(jié)果有信心之前,，自己不知道結(jié)果是什么,。在我們的實驗中，我們把實驗中用來測量子自旋進動頻率的時鐘稍微調(diào)偏一點,，偏離值由合作組之外的人嚴格保管,。這個時鐘的控制面板也被保密人鎖起來了。因為這個偏差值和我們預期的系統(tǒng)誤差處于同一個數(shù)量級,，除了保密人,，沒有人能夠通過分析數(shù)據(jù)來知道這個數(shù)。等我們對自己的分析方法胸有成竹時,，保密人再告訴我們這個偏離值,，我們用它來計算最終的分析結(jié)果。很多人戲稱這個過程為 “打開盒子”,。 第一批數(shù)據(jù)的分析整整經(jīng)歷了兩年半的時間,。終于，合作組的所有人都同意最后的數(shù)據(jù)分析方案，可以打開盒子看最終的結(jié)果了,。  “打開盒子”的程序 為了謹慎起見,，不讓一些意外引起軒然大波，我們打開盒子看實驗結(jié)果的過程是嚴格保密的,。所有參加那個會議的人都要簽署保密協(xié)議,，保證任何結(jié)果都不外傳，然后按照既定日期向公眾公開結(jié)果,。在4月7日 Chris Polly 的報告中,，他也分享了這激動人心的一刻。我們把我們盲分析的結(jié)果和時鐘頻率偏移量作為輸入,，最終結(jié)果作為輸出,，寫了一個程序。然后保密的時鐘頻率偏移量被從信封里拿出來,，輸入到程序里,，按下return鍵，我們便看到了實驗的最終結(jié)果,。實驗結(jié)果和布魯克海文的實驗結(jié)果高度一致,，兩者合在一起后與標準模型的偏差達到4.2個標準差！歡呼聲立刻從zoom的各個終端傳來,。 史詩級的接力賽講到這里,，大家不難看出，Muon g-2實驗的兩大困難分別是保證實驗的平穩(wěn)運行和有理有據(jù)的給實驗結(jié)果一個誤差,。為什么誤差分析這么重要,？因為所有不談誤差的測量都是耍流氓！ 那么,，我們的數(shù)據(jù)分析是否可能有錯誤呢,？答案是可能的，但是我很有信心,，讀到我們實驗結(jié)果的讀者提出來的可能產(chǎn)生誤差的原因我們都考慮過了,，而且我們還仔細分析了那些不從事這個實驗幾年的人根本想不到的誤差來源?；鹧劢鹁Φ慕M員們在分析數(shù)據(jù)的時候發(fā)現(xiàn)問題,，經(jīng)過幾個月的討論，確定誤差的產(chǎn)生機制,，然后設(shè)計一個測量方案去驗證,，最后設(shè)計一個分析方法去降低此類誤差，并且給出它對最終結(jié)果的影響,。 理論計算的誤差也是一樣,?？赡苡腥藭枺瑸槭裁蠢碚撚嬎阋灿姓`差,？其實μ子的反常磁矩計算中的一部分,，也就是真空中“夸克泡泡”的影響，是需要用到正負電子散射實驗的結(jié)果的,，那么這個實驗的結(jié)果就會連帶進入μ子的反常磁矩的計算誤差里,。另外一種方法是用量子色動力學從第一性原理進行計算，但這些計算也是要經(jīng)過很多步近似來得到,。所以，這些基于標準模型的計算也是有誤差的,，但是這些誤差也是理論物理學家們經(jīng)過嚴格分析給出的結(jié)論,。雖然現(xiàn)在μ子的反常磁矩的實驗測量值和理論計算值之間的偏差還沒有達到5個標準差這個指標，但是想在標準模型內(nèi)解釋這個偏差,，或者找到實驗上的缺陷,，也是一項艱巨的任務。 在我參與到Muon g-2這個實驗的四年多的歷程里,，我很榮幸能和這么多世界頂尖科學家一起為這個目標奮斗,，看著我們的實驗項目成長。在這個過程中,，有奮戰(zhàn)多年的博士生畢業(yè)了,，有年輕的博士生加入了，有的博士后終于在科研行業(yè)內(nèi)找到了職位,，有的博士后最終還是選擇去了工業(yè)界,，有幾位老一輩的科學家，最終還是沒有等到第一批數(shù)據(jù)結(jié)果出來的那一天,。 在我們公布結(jié)果的報告中,，或許很多人只看到了這一串數(shù)字。但是為了得到這個數(shù),，幾百位科學家工程師付出的心血與汗水,，是無價的。對于從這個實驗的最初策劃時就在這個團隊的人來說,，這真的是十年磨一劍,。 有不少人問我：“這個成果能拿諾貝爾獎嗎？” 我個人覺得,，這個成果離諾貝爾獎還是有距離的,。畢竟現(xiàn)在還沒有達到5個標準差的指標。就算若干年后,，實驗的最終結(jié)果確定下來了標準模型不能精確計算μ子的反常磁矩,，這也僅僅是給標準模型 “不能解釋的現(xiàn)象一覽表” 中多加了一項,。物理學界也沒有為此 “大地震”。想要有“革命性的突破”還需要更多的積累,，需要更多熱愛科學的人加入到這個團隊,，繼續(xù)尋找標準模型的漏洞。當然Muon g-2也不是“最后的嘗試”,。費米實驗室正在緊鑼密鼓的籌備著下一代中微子實驗DUNE,，未來幾年Muon g-2的姐妹實驗Mu2e也要開始運行，LHC在升級后能否探測到新粒子也是未知的,。探索未知物理世界的機會還有很多,。 回顧Muon g-2從布魯克海文的實驗到我們今天成果的整個歷程，能看到前一代實驗的經(jīng)驗和技術(shù)積累是怎么傳遞到我們這一代人手中的,。如果回顧整個人類的科學發(fā)展史,，你會發(fā)現(xiàn)這更是史詩級的接力賽。從古希臘一直到今天,，經(jīng)過上千年的積累,，人類才有今日對自然的認識。許多知識寫在教科書里,，我們學了一個學期就可以去考試了,。但是這些規(guī)律被發(fā)現(xiàn)的歷程，卻也是經(jīng)歷了各種曲折,。了解了這些故事,，我覺得今日我們所克服的困難也是在為后人編寫教科書。經(jīng)歷過科研中的種種磨煉,，也會有自己也是在這部史詩中的感覺,。 就像在《指環(huán)王》里Frodo所領(lǐng)悟到的（轉(zhuǎn)述）：“那些故事里的英雄人物，像我們一樣,，有很多放棄的機會,，但是他們沒有。因為如果他們放棄了,，他們的故事也就被遺忘了…… 偉大的故事都不會有結(jié)束,，而我們就在這個故事中。我們扮演的角色或許會離開,，但是這個故事還要繼續(xù)講下去,。” 我也希望有更多的孩子愿意加入我們的行列,，走進這個故事,，并把這個故事繼續(xù)講下去。聽老師的話,，終有一天,，別人轉(zhuǎn)發(fā)的微信里也都會是你的研究成果,。 參考資料： 1.https://www./newsroom/news.php?a=112259 2.https:///abs/hep-ex/0106101 3.https://journals./prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.141801 4.https://posts./p/6073159d68700963f3094ff8 |
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