测量介子的磁性

一项实验试图通过更好地量化一种早在20世纪30年代就发现的粒子来回答粒子物理学面临的问题。这就是μ子，一种重电子。今年早些时候，研究人员宣布，在他们的实验中，如果我们的理论是正确的，μ子似乎并没有遵循我们所预测的行为模式。这种事情让物理学家非常兴奋，因为这意味着可能会有新的东西被发现。克里斯·史密斯采访了费米实验室μ子g-2实验的布兰登·凯西，在那里发现了这些异常现象。

克里斯-你在做什么实验?

Brendan -我们的实验叫做g-2实验，我们主要要做的是测量μ子的磁场强度。这是世界各地的人们每天都在做的一个实验。每次你从口袋里拿出指南针，看看指针指向哪个方向，指针总是指向北方。这和我们做的实验是一样的，但我们用的是μ子。当我们用电子做实验时，指南针指向北方，但当我们用μ子做实验时，由于某种原因，指针并没有指向北方。所以这是一个巨大的谜团。这意味着有什么大的东西在改变μ子的指针，看起来这只是发生在μ子身上。这很奇怪。我们完全不知道发生了什么，但我们可以重现它。我们知道它正在发生。

Chris:关键是，如果有什么东西不适合这个模型，那一定是这个拼图缺了一块。那缺失的部分可能是什么?一个新的力，一个新的粒子?某种东西正在使这些μ子逆潮流而动。

布兰登:是的。我是说，我们都知道可能是大脚怪。

克里斯-希望不是。

Brendan -通过我们的实验，我们测量μ子，我们可以知道有什么东西在干扰μ子。我们不知道它是什么。我们能看出来它很大。它可能是暗物质之类的东西——暗物质总是我们的第一个客人，因为我们也不知道暗物质是什么，但我们真的不知道。目前还没有一个全面的模型可以把我们在大型强子对撞机看到的东西和我们在费米实验室看到的介子的东西放在一起。所以在这一点上这是一个巨大的谜团。

是的，我们应该提一下，大型强子对撞机也在用一种不同的方式研究μ子，不是吗?因为当他们进行碰撞时，就像Sarah Williams刚才告诉我们的，他们观察碰撞的产物，他们知道应该得到多少电子，他们知道应该得到多少μ子，但是他们没有得到足够的μ子，一定是出了问题。这里发生了一些奇怪的事情。你认为这和你看到的现象是一样的，但从不同的角度来看，还是你认为这是两个新的物理现象?

Brendan -这很可能是同一件事。有可能外面有什么大的东西它喜欢在费米实验室里撞击它周围的μ子它喜欢在大型强子对撞机里吞噬μ子。当你看到这两件事时，很自然地会试图把它们放在一起。目前还没有简单的方法将它们结合在一起，但这绝对是诱人的，介子中发生了一些事情。外面有什么东西不喜欢μ子。

理论物理学家Ben Allanach在今年早些时候告诉本节目，他正在研究一种新的基本力的可能性，也就是第五种力，可以解释这一现象，但他也承认暗物质可能是原因。如果暗物质是这样做的，莎拉·威廉姆斯告诉我们探测暗物质很困难，这是否意味着你有可能找到一种方法来发现暗物质?你可以在黑暗中用介子作为手电筒?

Brendan -我们所知道的是，我们在μ介子中看到的东西很大，所以它是一个非常重要的工具，对于人们提出的任何模型都是如此。如果他们认为它是暗物质，如果他们认为它是超对称的，如果他们认为它是额外的维度，所有这些东西都必须对你在μ子中看到的效应有多大做出预测。因为我们看到了如此大的影响，它使它成为一种明亮的蜡烛，在荒野中，如果我们能够解释所有其他的事情，我们必须能够解释。

克里斯:也许有人听了会想，嗯，这真的很有趣，但为什么这对我来说很重要，因为我是街上的一个普通人。如果你解决了这个问题-当你解决了这个问题-让我们乐观一点，这将如何改变我们对物理的理解?

Brendan -这可能会彻底改变我们对物理学的理解。你在学校学到的物理知识和你离开学校后学到的东西，关于我们可以解释的宇宙的数量，是非常大的，对吧?所以这是一种革命性的东西。当我们在另一边的时候，很难说它会是什么样子。我们无法预测它将如何改变我们的日常生活。我们所知道的是，一旦我们理解了它，我们就再也不会以同样的方式看待宇宙了。