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交大学者解读费米实验室缪子反常磁矩实验的首批物理结果

4月9日,主题为“费米实验室缪子反常磁矩实验的首批物理结果”(First results from the Fermilab Muon g-2 experiment)的第10期李政道前沿讲坛与专题学术报告在闵行校区举行。主讲人为上海交大缪子物理团队的主要成员:亚博赞助西甲教授李亮、李政道研究所青年学者许金祥(Kim-Siang Khaw),主持人为亚博赞助西甲教授、李政道研究所兼职研究员杨海军。

缪子反常磁矩储存环的俯视图 图源:费米实验室

 

费米实验室的缪子反常磁矩实验于北京时间4月7日晚11点公布首个结果:基本粒子缪子的行为和标准模型理论预言不相符。这是迄今为止最精确的实验结果,堪称一个里程碑式的突破,这个结果为缪子物理领域新物理的发现提供了强有力的证据。交大团队在本实验中,前期于量能器的研发和束流测试方面做出了重要贡献,后期在探测器模拟、束流动力学优化与设计、事件重建、能量和时间的刻度、离线数据分析等实验的多方面有较突出的贡献。交大团队同时还参与了精确磁场的测量、校准方面的研究,是当前合作组中参与各项测量任务最全面的实验团队之一。

李亮首先简介了缪子的性质、缪子反常磁矩的发现与测量历史等背景信息,并对交大的缪子团队成员进行逐一介绍。另外他还列举了本次实验结果发布以来,国内外学术界与媒体对此的关注与报道。

之后许金祥以“高精度前沿”主题对本次实验结果进行了解读。他指出,通过理论的精确计算和精确的实验测量验证,二者存在的偏差可能暗示着未知的玄机:精确的计算和测量天王星轨道,推动了海王星的发现;精确的计算和测量各类基本粒子的磁矩,推动了相对论量子力学、量子电动力学的发展……而缪子反常磁矩的理论计算值和实验测量值存在的误差,已让物理学家们耕耘了数十年。

2013年,大型超导储存环从纽约长岛的布鲁克海文实验室运抵芝加哥郊区的费米实验室——这里有大型粒子加速器可以产生美国最强的缪子束流。在接下来的四年里,研究人员搭建了各项实验设备;调整和校准了无比均匀的磁。谎蟹⒘诵碌奶讲饧际、仪器和仿真程序;全面测试了整个系统。缪子反常磁矩实验向储存环发射一束缪子束流,这些缪子在储存环内以接近光速的速度旋转数千圈。围绕着储存环放置的探测器可以让科学家们测量缪子的进动频率。许金祥在最后分享了本次发布实验结果采用的“双盲分析法”。此方法有趣而缜密,通过引入随机数,避免合作组內各团队之间进行结果比较。2021年2月25日晚11:58,百余位合作组成员在线见证了双盲分析结果的出炉,缪子反常磁矩实验的综合测量结果与理论值之间有4.2倍标准方差的差距!虽然比5倍标准方差(科学家宣布发现的最终标准)略。庖丫且桓龇浅S辛Φ闹ぞ,出现统计误差的概率仅有四万分之一。

本次活动还特别邀请了李政道研究所讲席教授何小刚、Tsutomu Yanagida,亚博赞助西甲教授、李政道研究所兼职研究员刘江来、何红建,华东理工大学教授廖玮等,专家之间、现场观众们展开了热烈的讨论。

共有来自亚博赞助西甲、李政道研究所、及学校相关单位约80位师生现场参与,另外本次活动还通过classin与蔻享学术平台吸引了线上观众约7000人。

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