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物理學家以「標準模型」（Standard Model）描述粒子在宇宙間的基本運作方式。而將標準模型預測得出的粒子特性與實驗結果進行比較，則可用來檢視標準模型的理論是否完整，或者是否存在超出標準模型的物理學。美國費米國家加速器實驗室（U.S. Department of Energy's Fermi National Accelerator Laboratory）在今（2023）年8月10日，發布了在提高兩倍實驗精確度的情況下進行渺子g-2實驗（muon g-2）的最新量測結果。本次實驗結果支持該實驗室在2021年4月觀測到的現象，顯示渺子g值（基本粒子自旋角動量與磁性關係之間的比值）的實驗測量值與標準模型的理論值存在著偏差，宇宙中可能還有物理學家至今尚未發現的粒子或交互作用。
                                             
渺子（muon, μ子）是一種質量約為電子200倍的基本粒子。如同電子一般，渺子內部也具有微小的磁力，在磁場下會像陀螺軸一樣出現些微的進動（precess）、擺動（wobble）現象。渺子在磁場中的進動速度取決於它的磁矩（magnetic moment），通常以字母g表示，在理論預測中渺子的g值應為2。即便如此，實際量測到的g值與理論值2（g-2）之間可能產生差異，原因在於渺子在量子泡沫（quantum foam）中會與圍繞著它的其他粒子產生交互作用。這些渺子周圍的粒子忽隱忽現，且會改變渺子與磁場之間相互作用的方式。在過往的標準模型裡，物理學家已經將所有已知的周圍粒子全部納入了標準模型的預測之中，並預測量子泡沫如何改變g值。
 
早在2006年，美國布魯克海文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory）的渺子g-2研究結果就已顯示出實驗值與理論值間存在著異常差異；2021年的實驗更顯示，實驗值與標準模型之間存在著約4.2個標準差（σ,standard deviation, SD）的差距。渺子g-2團隊在本次研究反覆地將一束渺子發射到直徑為15公尺的超導磁儲存環（superconducting magnetic storage ring）內，使它們能在其中以接近光速的速度循環約1000次。而儲存環中排列的探測器則使科學家可以確定渺子的進動速度，再加上團隊精準測量到的磁場強度，最終得到渺子g-2值。根據團隊提升精準度後累積的實驗數據，科學家們表示實驗結果與2021年計算出的數據相符，渺子g值實驗值與理論值的差異仍非常大，差距達到5.0個標準差。
 
團隊未來將繼續改良實驗、量測渺子g-2值並分析獲得的數據，預計在2025年發布渺子磁矩的新測量結果。也由於渺子g-2的測量值與標準模型之間存在著偏差，科學家們推測宇宙中可能還有未知的粒子或交互作用在影響著實驗進行，藉由未來更進一步的精密量測，或許也將開啟標準模型與實驗之間的對決。
 

新聞來源
1. DOE/Fermi National Accelerator Laboratory. (August 10, 2023). Muon g-2 doubles down with latest measurement, explores uncharted territory in search of new physics. Fermilab. https://news.fnal.gov/2023/08/muon-g-2-doubles-down-with-latest-measurement/
2. D. P. Aguillard, et al. (2023). Measurement of the Positive Muon Anomalous Magnetic Moment to 0.20 ppm. arXiv:2308.06230. https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.06230