高精度新计算缩小缪子磁矩差异 标准模型获重要检验

对缪子磁矩关键组成部分的一项高精度新计算使理论与实验罕见地达成一致,强化了标准模型,削弱了新物理的希望。

一项发表于《自然》的最新研究显示,物理学家通过对缪子磁矩中强子真空极化贡献进行前所未有精度的计算,给出了新的标准模型预测值,与现有实验测量结果的差异缩小至约0.5个标准差。

缪子是一种自旋为1/2的基本粒子,在性质上类似电子,但质量约为电子的207倍。与电子一样,缪子会在其周围产生磁场,其磁性由磁偶极矩表征。该磁矩与粒子的自旋和电荷成正比,与其质量的两倍成反比。

缪子通常由宇宙射线与地球大气层相互作用产生,据研究介绍,大约每秒有约50个缪子穿过人体。缪子的磁矩长期被视为检验描述基本粒子及其相互作用的标准模型的重要工具。

多年来,理论预测与实验测得的缪子磁矩之间一直存在显著差异,被部分研究者视为可能存在超出标准模型“新物理”的线索。此次新研究则针对理论预测中不确定性最大的部分展开了计算。

阿德莱德大学物理学家 Finn Stokes 表示,团队的工作聚焦于缪子磁矩中最不确定的理论贡献——强子真空极化。这一部分源自由量子色动力学(QCD)描述的夸克和胶子之间复杂的强相互作用效应,长期以来难以实现高精度计算。

为应对这一难题,研究团队采用了一种结合大规模计算机模拟与实验数据的混合方法。他们利用世界上最强大的超级计算机之一,并运用格点QCD技术,在极高分辨率下对强子真空极化进行了数值计算,从而显著降低了相关不确定性。

研究称,此次得到的结果精度几乎是此前国际上普遍采用理论值的两倍。团队在此基础上给出了缪子磁矩的全新标准模型预测,与最新实验测量结果的偏差仅为0.5个标准差。

Stokes 表示,这项工作展示了将理论方法与实验数据相结合以解决物理学中复杂问题的能力。随着不确定性的进一步压缩,研究人员得以在更高精度下比较理论与实验,并对标准模型进行到小数点后第11位的检验。

相关成果由 A. Boccaletti 等人完成,论文题为《缪子 g-2 中强子真空极化的混合计算,精度达 0.48%》,已于2026年4月22日在线发表在《自然》杂志上,DOI 为 10.1038/s41586-026-10449-z。


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