緲子搖晃藏玄機-科學人雜誌
物理學

緲子搖晃藏玄機

2022-01-01 卡芮娜(Marcela Carena)
測量緲子搖晃的實驗結果與理論計算不相符, 這意味了自然界或許存在著 重力、電磁力、強力、弱力之外的新型交互作用。

重點提要

  1. 2001年,美國布魯克海文國家實驗室首度宣佈緲子的自旋與理論預測有差異,但累積的數據並不多。
  2. 費米國家加速器實驗室在將近20年後重新展開緲子g-2實驗,再度證實此項差異,這顯示粒子物理學的標準模型需要修正。
  3. 緲子g-2實驗揭露一些奇特現象,新粒子與新交互作用或許可以解釋緲子的搖晃,也能解決諸如暗物質等謎題。
▲緲子轉圈圈:在緲子g-2實驗中,帶正電的緲子繞著這個直徑約15公尺的磁鐵環轉動,外加磁場會讓其自旋進動,緲子因而搖晃。多年以前,有一次我在離開歐洲核子研究組織(CERN)的物理實驗室之後,坐上高速鐵路火車穿越瑞士與德國的邊界,從車廂窗戶往外看,我被飛逝而過的景色迷住了:一對青年男女相擁於無人的月台、一位老人站在少了一個輪子的生鏽推車旁邊、兩個女孩在蘆葦叢生的池塘中涉水前進。每個景象都只是幾格閃爍的畫面,一閃而過,但是已經足以讓我想像怎麼填補一個故事。我剛剛寫完一篇關於緲子(muon,這種基本粒子類似電子,但比電子還重)的理論論文,正有待粒子物理界同儕嚴格審查。當我從車廂窗戶往外看時所產生的一些感想,與正從事的研究之間存在著某種對稱。我的研究就是關於一些看不到的「虛粒子」(virtual particle)對於緲子的閃爍效應,目的是利用這些交互作用所帶來的線索,去拼湊出這個量子宇宙的完整圖像。做為一個科學生涯剛起步的年輕理論家,我已經聽說有人提議用實驗測量緲子的細微搖晃來收集這種線索。我才剛剛在CERN待了幾個月,研究一個點子:緲子的搖晃可能和主宰宇宙以及其他謎題的暗物質有關。我的思緒...

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