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今（2021）年4月初，美國芝加哥近郊的費米國家實驗室（Fermi National Accelerator Laboratory, Fermilab）宣布了一項新的實驗數據，這個實驗結果一方面確認了20年前布魯克海汶國家實驗室（Brookhaven National Lab, BNL）的量測結果，另一方面也更確立了實際量測數值與理論預測的差異。而這個實驗的觀測量，就是「渺子的異常磁偶極矩」（anomalous magnetic dipole moment），通常物理學家會使用數學符號簡潔地表達此觀測量為「g−2」。

〔註〕同為基本粒子中的頂夸克（top quark）和電子，兩者質量卻差了約6個數量級之多；而微中子則又比電子輕了6個數量級以上。這些都是物理學家仍無法回答的問題。

然而，在看似美好的背後，仍然暗藏著許多疑問，留待物理學家發現與解答。例如天文與宇宙學所觀察到的暗物質和暗能量究竟為何？基本粒子為何具有相當不同的質量？〔註〕自然界中是不是存在著一個大統一理論（grand unified theory），可以統一標準模型中3 種不同的交互作用力？簡而言之，物理學家普遍認為，自然界可能存在著超越標準模型的新物理。因此，有許多實驗被設計來尋找新物理的蛛絲馬跡。

眾所周知，粒子物理學有一個非常成功的「標準模型」（Standard Model），該模型能夠精確預測或解釋不可勝數的實驗數據。2012 年，物理學家發現了該模型中的最後一顆基本粒子──希格斯玻色子（Higgs boson），而且得知該粒子包含諸多標準模型所預期的特性後，有人更建議將此模型稱為標準理論（Standard Theory）。

許多物理學的重大發展，都始於實驗觀測與理論預期的差異。例如古埃及天文學家托勒密（Claudius Ptolemy），提出以地球為中心的太陽系模型，無法準確預測行星的軌跡；另外，古典電磁理論也不能解釋觀測到的原子光譜。這些差異提供物理學家動機與線索，化危機為轉機，尋找更好的理論或模型，得以更正確地描述現象，甚至令人們更深刻地了解自然界基本的運作原理。

渺子的發現與特性

〔註〕為了與渺子（μ）的符號區分，他們為新介子取名為「π」，其中π 帶有主要（primary）的意思。

不過，當時大多數的物理學家都誤以為，渺子就是日本物理學家湯川秀樹於1935年為核作用力所提出的介子（meson）。後續由於第二次世界大戰中斷了渺子相關的進一步研究，直到美國物理學家費米（Enrico Fermi）、原子彈之父泰勒（Edward Teller）、魏斯科普夫（Victor Weisskopf）等人，於1947年的一篇論文中開始使用「µ」符號討論核作用力。然而，他們發現實驗與理論預測相差了約12個數量級。在數個月之後，巴西物理學家拉特斯（César Lattes）、義大利物理學家奧基亞利尼（Giuseppe Occhialini）、英國物理學家鮑威爾（Cecil Powell）等人，藉由感光乳劑的影像，發現了π介子（pion）〔註〕衰變至渺子的反應，才清楚地分辨出湯川秀樹核理論提出的應該是π介子，而非質量略小的渺子。

最初由美國物理學家安德森（Carl David Anderson）和內德梅厄（Seth Neddermeyer），於1936 年在宇宙射線中看到渺子（muon, ）和反渺子的蹤跡。隔年由美國物理學家史崔特（Jabez Curry Street）和史帝文森（Edward C. Stevenson），獨立地在地表的雲霧室實驗（cloud chamber experiment）中確定發現。……【更多內容請閱讀科學月刊第619期】