逐漸接近第五種基本力存在的新物理學？緲子 g-2 實驗新測量結果出爐

我們可能越來越接近發現新自然力存在的事實嗎？由美國費米實驗室執行的緲子 g-2 實驗再發表新研究發現，支持緲子奇特擺動的數據讓科學家越來越懷疑，可能有某種未知力量作用於緲子。

緲子（muon）是一種帶負電的磁性粒子，與同屬輕子的電子、陶子都有相似性質，但緲子質量約電子 200 倍。這些短命粒子的行為像微型磁鐵，當處於磁場就會像陀螺一樣旋轉擺動，而物理學家以 g 值（g factor）數字來表示粒子的磁矩和旋磁比。

對緲子來說，g 值約 2.002331。然而科學家發現緲子的磁場強度會經量子物理學某種奇怪效應調整，其額外調整值被稱為異常磁矩，或物理方程中的「g-2」；更令人著迷的是，某種未知粒子（或力）可能會改變科學家測量的 g-2 值。

粒子物理標準模型解釋了物質的基本組成如何相互作用、如何受宇宙 4 種基本力（強核力、弱核力、電磁力、重力）控制，但最早在 2006 年時，紐約布魯克黑文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory）發現緲子的旋轉速度與理論預測值背道而馳：比預期還要快。

2021 年，美國費米實驗室公布整個物理學界都期待已久的緲子 g-2（Muon g-2）實驗結果，再次支持 20 年前布魯克黑文國家實驗室的數據結果。

近日，費米實驗室宣布該實驗磁性測量精度提高 1 倍後的新分析結果，依舊指出緲子擺動速度與基於粒子物理標準模型的預測差異很大，暗示有神祕因素發揮作用。

該實驗於零下 268℃ 環境進行，研究人員將緲子束射入直徑 15 公尺的環狀超導磁環，當緲子以接近光速的速度繞著環快速移動會與其他次原子粒子相互作用，後者就像舞伴會改變緲子的擺動。

雖然新結果不等於確認找到新的粒子或基本力，但很可能代表有新粒子或基本力引起這種偏差，意味什麼有待繼續觀察。

• Scientists at Fermilab close in on fifth force of nature
• There’s a new measurement of muon magnetism. What it means isn’t clear
• The odd behavior of a subatomic particle may shake up physics

（首圖來源：費米實驗室）

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