07-05 09:16

　　導(dǎo)讀

　　正因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)模型太成功了,，所以物理學(xué)家做夢(mèng)都想超越它，超越它才有希望引起新的物理學(xué)革命,。

　　精彩再現(xiàn)：

　　最近許多人來(lái)問,，是不是發(fā)現(xiàn)了第五種基本作用力,？回答是：沒有，不過在這個(gè)方向上發(fā)現(xiàn)了一些新現(xiàn)象,。具體地說(shuō),，最近人們精確測(cè)量了繆子的磁矩，發(fā)現(xiàn)它跟理論預(yù)測(cè)值不符,。不符到什么程度呢,？小數(shù)點(diǎn)后第八位，也就是說(shuō)億分之一的量級(jí)（重大突破：交大學(xué)者助力費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的繆子反常磁矩實(shí)驗(yàn)獲得里程碑意義的成果）,。

　　理論值是2.00233183620(86),，

　　實(shí)驗(yàn)值是2.00233184122(82)。

　　括號(hào)里是不確定度,。

　　你也許會(huì)覺得,，這點(diǎn)差異不值一提。然而需要注意,，理論值和實(shí)驗(yàn)值的置信度都是非常高的,，達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后第十位。因此,，它們?cè)诘诎宋痪陀胁町愂窍喈?dāng)驚人的,，值得嚴(yán)肅對(duì)待。更具體的度量是,，這個(gè)差值達(dá)到4.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方差,。單純由于統(tǒng)計(jì)誤差出現(xiàn)這種情況的概率，只有4萬(wàn)分之一,。

　　值得注意的是,，粒子物理實(shí)驗(yàn)中確認(rèn)一個(gè)發(fā)現(xiàn)，一般需要達(dá)到5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方差,，這時(shí)統(tǒng)計(jì)誤差的概率只剩下千萬(wàn)分之3,。因此，繆子磁矩的結(jié)果還沒有達(dá)到確認(rèn)的程度,。

　　實(shí)驗(yàn)組在繼續(xù)采集數(shù)據(jù),，因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)誤差跟數(shù)據(jù)量的平方根成反比，同時(shí)在努力改進(jìn)數(shù)據(jù)分析方法,，降低系統(tǒng)誤差,。在理論方面，也需要更多科學(xué)家嘗試各種計(jì)算方法,，減少計(jì)算誤差,。通過這樣不斷提高精度、減少誤差的過程,，我們才能越來(lái)越接近真實(shí),。

　　之所以很多媒體把這個(gè)結(jié)果解讀為發(fā)現(xiàn)第五種基本作用,，是因?yàn)樗[含著突破粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的跡象。標(biāo)準(zhǔn)模型是我們對(duì)微觀世界的一種非常成功的定量描述,，在許多問題上取得了跟實(shí)驗(yàn)精確符合的結(jié)果,，并且很多預(yù)測(cè)都被實(shí)驗(yàn)證實(shí)了，例如希格斯粒子,。正因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)模型太成功了,，所以物理學(xué)家做夢(mèng)都想超越它，超越它才有希望引起新的物理學(xué)革命,。

　　繆子就是標(biāo)準(zhǔn)模型中的一種基本粒子,。它的性質(zhì)跟電子相似，帶一個(gè)負(fù)電荷,，只是質(zhì)量約等于電子的200倍,。對(duì)繆子磁矩的預(yù)測(cè)，就是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型做出的,。如果確認(rèn)了理論值與計(jì)算值不符,，那么這就是超越標(biāo)準(zhǔn)模型的明確現(xiàn)象。

　　事實(shí)上,，物理學(xué)家早就發(fā)現(xiàn)了一些標(biāo)準(zhǔn)模型不能解釋的現(xiàn)象,，如暗物質(zhì)、CP對(duì)稱破缺,、正反物質(zhì)不對(duì)稱,。但問題在于，對(duì)那些現(xiàn)象,，標(biāo)準(zhǔn)模型還不能給出定量預(yù)測(cè),。例如我們還壓根不知道暗物質(zhì)是什么粒子呢，所以也就談不上理論與實(shí)驗(yàn)的對(duì)照,。這次繆子磁矩的測(cè)量,，是一個(gè)理論有定量預(yù)測(cè)的現(xiàn)象，因此意義重大,。

　　但是需要注意,，這離所謂發(fā)現(xiàn)第五種基本作用還差十萬(wàn)八千里，八字還沒一撇,。科學(xué)家都是有一說(shuō)一的,，媒體千萬(wàn)不要過度引申,，讓他們?yōu)殡y。

　　什么時(shí)候才能算真正發(fā)現(xiàn)第五種基本作用了,？這需要經(jīng)歷這樣一個(gè)漫長(zhǎng)的過程：

　　一,，發(fā)現(xiàn)很多現(xiàn)象不能用標(biāo)準(zhǔn)模型解釋,；二，提出一種新理論解釋所有這些偏差,；三,，用這種新理論預(yù)言若干新現(xiàn)象；最后還需要在實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到新現(xiàn)象,，人們才會(huì)信服,。按這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)模型也是在2012年發(fā)現(xiàn)希格斯粒子之后,，才真正確立地位的,。所以，我們探索標(biāo)準(zhǔn)模型外物理的旅程才剛剛開始,。

　　了解了這個(gè)大圖景,，你就會(huì)明白，提高測(cè)量精度本身就是重要成就,。例如很多人一提到中國(guó)的大型對(duì)撞機(jī)計(jì)劃就問,，能取得什么成果？會(huì)不會(huì)什么成果都沒有,？然后就大罵是騙錢的,。其實(shí)它的基本目標(biāo)是生產(chǎn)大量的希格斯粒子，把對(duì)希格斯粒子性質(zhì)的測(cè)量精度提高一個(gè)量級(jí),，這個(gè)目標(biāo)是十拿九穩(wěn)能實(shí)現(xiàn)的,。如果你明白提高測(cè)量精度是一切發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)，你就不會(huì)問這種外行的問題了,。

　　這次繆子磁矩測(cè)量的國(guó)際合作組是由美國(guó)的費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)銜的,，包括了7個(gè)國(guó)家、35個(gè)研究單位的近200位科研工作者,。我的朋友洪然博士在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室參與了這項(xiàng)工作,，寫了一篇文章《妙子漫談 | 洪然》，向大家推薦,。他把繆子的英文名muon翻譯為妙子,，——是啊，大自然是多么奇妙??！