“这些发现可能会对未来的粒子物理实验产生重大影响，并可能导致人们对宇宙的工作原理有更深入的了解。”-核物理专家冉洪（Argonne）博士

01科学家正在测试我们基础科学对宇宙的基本理解，未来实验还有待更多发现。

尽管从上个世纪以来研究难度加大导致基础科学已经停滞不前，粒子物理学研究使所有这些改变成为可能。发现宇宙如何以最小的规模运转通常会导致我们每天使用的技术取得巨大进步。

正在进行一项实验以检验我们对宇宙的最新了解。第一个结果表明存在未发现的粒子或力。这种新的物理学可以帮助解释长期存在的科学奥秘，并且新的见识增加了信息的丰富发展，科学家们在对我们的宇宙建模和开发新技术时可以利用这些信息。

该实验中μ介子G-2（明显的μ介子克减去2），科学家把其中的测量称其为μ介子的基本特性。

实验得出的结果与量子力学的标准模型（科学家对宇宙组成和行为的最佳描述）所预测的值不同。这项研究在布鲁克海文实验室（Brookhaven）实施旨在以更高的精度确认数据差异。

标准模型非常精确地预测了μ介子的g因子，该值告诉科学家该粒子在磁场中的行为。已知该g因子接近于值两个数量级并在实验中测量了它们的偏差，因此在术语上命名为Muong-2。

实验表明g-2与理论预测的差异为百万分之几。这种微小的差异暗示了介子与磁场之间存在未知的相互作用，这种相互作用可能涉及新的粒子或力。

新实验的第一个结果与布鲁克海文的实验非常吻合，从而加强了有新物理学发现的证据。合并结果显示与标准模型的差异为4个数量级，略低于科学家要求发现的5个数量级，但仍具有令人信服的新物理学证据的机会，结果是数据统计的范围约为在1∧-之间波动。

标准模型之外的粒子可以帮助解释物理学中令人费解的现象，例如暗物质的性质，这是目前科学家们所知道但尚未被发现的神秘物质。

研究人员在实验室观测已经有四年的时间，这些发现可能对未来的粒子物理实验产生重大影响，并可能导致对宇宙如何运作有着更强的把握。

02科学家团队为实验的成功做出了重要贡献。

为了得出μ子的真实g-2测量值，在费米实验室的科学家已经足够产生了μ介子束，μ介子在强磁场作用下绕着一个大空心环围成一圈行进。该场将介子保持在环中，并导致向介子自旋的方向旋转，研究人员称旋进场的自转与地球轴的自转相似，只是速度快得多。

科学家为了将g-2计算到所需的精度，使用统计学很精确地测量了两个数量级。一种是介子穿过环时自旋进动的速率，另一个是介子周围磁场的强度。

03在实验室现场实地考察

尽管μ介子在令人印象深刻的恒定磁场中传播，但环境温度的变化和实验硬件的影响会导致整个环发生微小的变化。即使不考虑这些场强的微小变化也会严重影响g-2计算的准确性。

为了校正场的变化，科学家们使用安装在环壁上的数百个探头不断测量漂移场。此外他们每三天将手推车送入环的周围以测量介子束实际通过的场强，探针安装在手推车上后可在环的45米周长范围内以极高的精度绘制出磁场图。

为了达到低于最终不确定目标70（约十亿分之2，5个数量级比现场测量更好地在前面的实验次）研究人员已经在布鲁克海文国家实验室实验中使用了先进的通信能力

科学家们还将旧实验中使用的一些模拟信号转换为数字信号以增加它们从探头获得的数据量。这要求对手推车的通信系统进行复杂的工程设计，使最大程度地减少对灵敏探测机构的干扰。

安全地运行是非常具有挑战性的。因为它需要控制系统来处理日常操作而且还必须识别紧急情况并做出适当的反应，该团队计划在下一个数据采集期间升级手推车系统以通过逐点减少不确定性来进一步改善测量结果。

04穿过介子g-2环的磁场探针小车

在像g因子这样的精密实验中主要目的是减少任何可能影响测量的系统不确定性。为了确保磁场测量的准确性科学家们使用了特斯拉电磁阀装置对探头进行了校准，该装置装有一个以前的磁共振成像（MRI）扫描仪产生的磁体。磁铁产生均匀稳定的磁场，强度约是冰箱磁铁的倍以上。

阿贡大学的科学家根据在电磁磁铁内部设计和测试过的探针读数，对实验室中的手推车探针进行了校准。此过程可确保每个探针在相同磁场中读取相同的测量值，该测试设施使科学家能够进行数十亿分之几的现场测量

除了校准探头我们通过改进的飞行调整操作设置的实地测量，研究人员还在数据分析中发现了一些影响这是他们没有想到的。

当小组看到数据中的故障时他们调查了系统以查明原因，例如环中的某些设备会聚焦介子束以保持其居中。但这些设备会稍微破坏环中的磁场，科学家设计了一种方法来测量这种影响以便将其从分析中删除。

磁场数据从探头到计算机的过程非常复杂，研究人员配置了硬件和软件以使用正确的时间和位置标记从野外探头读取数据。他们还必须理解以二进制代码开头的数据，以便将它们与实验的通用分析框架集成在一起。

05介子实验的未来

到目前为止g-2测量的最终精度可与费米实验的精度相媲美，但这主要是因为迄今为止数据有限，只分析了6个数量级并计划接管整个实验中的数据。这些添加的数据将大大减少误差带来的不确定性。

第一个结果也鼓励着科学家们进行其他计划中的实验，包括将来在日本进行的g-2实验以及费米实验室的下一个G-2介子实验。这些项目已经在使用特斯拉电磁阀工具与电磁探针进行交叉校准。

可能需要重新尝试在大型强子对撞机中寻找新介子，以寻找g-2值背后的新物理现象的提示，研究人员表示对μ子对撞机的建设可以提供检查这个新物理学的方式重新带来重大的影响。

一旦科学家掌握了这种新物理学理论就可以预测包含的宇宙学和量子力学模型，甚至可以帮助科学家发明新技术。

#科学#