muOns:沉重物理世界的亚原子粒子

经过:Patrick J. Kiger.|

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Compact Muon螺线管(CMS)探测器组件在欧洲核研究组织(CENS)的大型Hadron Collifer(LHC)的隧道中,在法国Cessy。九年后,历史悠久的玻色子发现,世界上最大的粒子加速器试图找到新的粒子,其中可以解释宇宙的伟大谜团之一。Valentin FlauRaud / Getty Images

什么是大约200倍的200倍,持续约2000百万分钟,不断地撞击了地球表面的每一寸,似乎以长期被接受的洞戳了洞的方式物理法则

这将是μ子,一个粒子第一次发现在20世纪30年代末当宇宙射线在我们的星球大气中的粒子中撞击颗粒时,这是在自然界的。MuOns正在通过你和你周围的一切,以靠近光的速度。尽管如此,我们中的许多人甚至可能在2021年4月2021年4月到2021年的情况下甚至没有实现他们的存在,当时美国政府的费米国家加速器实验室研究人员在研究人员之后 - 更常见的是Fermilab.- 发布了三年漫长的初始结果muon g-2实验

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Fermilab学习确认了以前的发现,即穆隆的表现在一种与之相反的方式粒子物理标准模型,旨在描述现实如何在最微小的级别工作的理论框架。原说文章在科学中解释,uons - 存在于其他小小的海中颗粒和抗颗粒影响它们 - 实际上比标准模型预测的磁力稍微更多。反过来,指向其他仍然未知的颗粒或力的可能存在。

作为研究人员之一,物理学家Jason Bono解释说明新闻发布从他的母校佛罗里达州国际大学,团队知道,如果他们确认了穆斯磁的差异,“我们不会确切地知道导致它的东西,但我们会知道这是我们尚未理解的事情。”

初始结果,以及其他最近的粒子研究,可以帮助构建案例以替换标准模型的新物理。来自Fermilab,这是一个YouTube视频解释结果及其意义:

“MuOns就像电子除外200倍,”解释说马克B.明智,在电子邮件采访中。他是加州理工学院高能源物理学教授,以及着名的成员国家科学院。(如果这对你来说并没有充分留下深刻印象,他也担任过技术顾问2010年好莱坞薄膜“钢铁侠2”的粒子加速器上。

“根据爱因斯坦的公式E = MC2,这意味着休息的μONs比电子有更大的能量,”明智说。“这使得它们仍然在整体节约能源的同时腐烂到更轻的颗粒。”

另一个关键区别在于电子被认为是非常接近不朽但是,MuOns只存在220百万分之一秒,在它们衰减到电子和两种中微子中,据此如此美国能源底漆部在粒子上。

当宇宙射线在地球大气中的粒子击中粒子在其简短的存在时,宇宙射线撞击颗粒时不断创造的μONs在其简短的存在中,靠近光速移动。根据Doe的说法,他们撞击了每一寸的地球表面,并通过几乎所有的一切都在他们的直接路径中渗透到地球表面的一英里或更大。

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Fermilab的MUON G-2实验的核心是50英尺直径(15米直径)超导磁储存环,其在电子机架,MUON BEAMLINE和其他设备中坐在其探测器大厅。实验在减去450度F(减去232摄氏度),并在通过磁场行进时研究μON的进样(或摆动)。
Reidar Hahn / Fermilab

有些人已经描述了uons作为理解所有解压粒子的关键,虽然明智并不相当多。“在寻找超出我们现在的理解的物理学中,您应该研究所有粒子,”他说。“μ子有一些优点。例如,它的异常磁矩非常精确地预测,这使得对新物理学更敏感,超出我们现在的理论,这将改变这种预测。同时,它可以非常精确地测量。”

然而,研究苗族不是简单的事情。费尔米尔正在使用700吨(635公吨)设备包含三个戒指,直径50英尺(15米),即发货从原来的家里到伊利诺伊州的驳船和卡车布鲁克海文国家实验室几年后在纽约。该装置能够产生1.45特斯拉的磁场,大约30,000倍的地球磁场。

“研究如此微小和短暂的东西,他们需要这些巨大的设备,”明智地解释道。“当它们在高能量产生时,它们几乎以光速行进,并且可以在衰减之前进行公平的距离。所以你可能会寻找他们在探测器中留下的证据。”

例如,由于μONs是带电粒子,因此它们可以电离它们通过的物质。根据明智的方式,可以检测通过该电离产生的电子。

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一个宇宙射线淋浴,1930年代。这张照片是由Carl Anderson(1905-1991)拍摄的,他发现了μON和正电子。
SSPL /盖蒂图像

明智的是,Fermilab团队最近发现粒子比预期的物理学家略有更多的磁性。“它不同意μ子磁矩的本理论预测(本理论通常被称为标准模型)。因此,在我们目前的理论中存在一些新的物理学,存在并改变对此数量的预测,”明智的说

与许多重要的发现一样,Fermilab的发现提出了更多的新问题,并且在科学家们仍然想了解杂物的许多问题。

“新物理学是什么是它提出的问题,”明智说。“还有一些其他异常,这些异常在涉及MUONS的[标准模型]中没有解释。他们都以某种方式连接吗?”

聪明也听起来有关Fermilab调查结果的注意事项。“在实验中可能存在一些系统的效果,这是不理解的并且正在影响测量的解释,”他解释道。“同样地理论上。所以这种异常可能最终消失。尽可能多地检查这些事情是非常重要的。”

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