過去被認為離經叛道的緲子，其實一直遵守標準模型物理規則

困擾物理學界超過 50 年的緲子（Muon）磁矩異常謎團，讓科學家以為背後存在未知「第五大作用力」，經過 10 年精密分析才發現只是過去計算方式不夠精準，緲子行為實際上符合標準模型。

渺子（Muon，也稱 μ 子）質量比電子重約 200 倍，我們可以將渺子想成「比較重、壽命很短的電子」，在磁場中會像小磁鐵一樣晃動，因此它有一個重要物理量：「磁矩」（magnetic moment）。

根據狄拉克方程式預測，渺子磁矩（g 因子）應接近等於 2，然而 1960～1970 年代歐洲核子研究組織（CERN）、2000 年代布魯克黑文國家實驗室、2020 年代費米實驗室以極高精度測出的渺子磁矩數值都與理論預測值不符，g 數值總略大於 2，稱為 g-2 異常磁矩。

由於渺子夠重，對量子效應特別敏感，其 g−2 值成為整個粒子物理學界最仔細盯梢數字之一，實驗值與標準模型預言理論值相差甚多，都指向一種顛覆已知物理定律的全新相互作用——宇宙可能藏著第五基本作用力或未知神祕粒子暗中拉扯緲子。

但賓州州立大學團隊過去便抱持不同意見。

該團隊同樣花 10 多年計算渺子異常磁矩，而最新計算方法使理論預測值與實驗值一致性達到半個標準差，表明全新作用力根本不存在，強調現有物理學理論（標準模型、量子場論）仍極度準確。

為什麼以往理論計算出錯？問題在於計算過程牽涉到古怪的強作用力。強核力距離拉越開力量越強，拉到一定程度還會直接生出新粒子，所以很難以一般方程式直接精準計算。

為解決此困境，賓州州立大學團隊採取格點量子色動力學（Lattice QCD）方法，將時空切分為極小方格，然後利用超級電腦一格一格、一步一步求解標準模型方程式，不像過去靠大量實驗資料反推。

經過 10 多年努力，團隊得出迄今為止最精準實驗值（小數點後 11 位），與理論預測值完美吻合，長達 50 年的落差突然消失了。

新證據強烈支持標準模型，大幅限縮宇宙存在第五種力或未知粒子的希望，賓州州立大學物理學家 Zoltan Fodor 說自己也有點難過──因為不存在新物理，但同時也感到欣慰，因為人類再次對標準模型、量子場論完成漂亮驗證。

新論文發表在《自然》（Nature）期刊。

（首圖來源：AI 生成）

想請我們喝幾杯咖啡？