费米实验室的μ子g-2实验在中北部物理教师和学生的帮助下探索了未知的领域

美国能源部费米国家加速器实验室最近宣布了其μ子g-2实验的最新测量结果，支持了2021年4月同一长期项目发布的初步发现。根据伊利诺伊州巴达维亚的官方声明，这些发现是在过去两年里收集的，“在20多年来的理论和实验之间建立了一个摊牌”。的费米实验室。

μ子g-2实验是一项合作由来自7个国家33个机构的近200名科学家组成，其中包括北中央学院。北中央学院物理系副教授Paul Bloom博士和北中央学院物理系兼职教授、费米实验室研究员Mandy Kiburg博士已经参与国际合作多年。

介子是一种亚原子粒子，内部有一个像电子一样的磁铁，但质量大约是电子的200倍。g-2实验测量了介子的一种被称为“磁矩”的特性。g-2的测量精度相当于百万分之0.20。虽然很小，但结果可能是巨大的。

“这可能意味着很多事情，”布鲁姆说，他指的是在测量中发现的异常。“新的粒子，新的力——伟德亚洲不知道伟德亚洲不知道什么。但就伟德亚洲对物质的基本成分及其相互作用的力的理解而言，这可能是一件大事。”

“这项测量是一项令人难以置信的实验成就，”阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的物理学家、μ子g-2合作项目的联合发言人彼得·温特（Peter Winter）说。“将系统性的不确定性降低到这个水平是一件大事，伟德亚洲没有预料到这么快就能实现。”

最近的发现如此令人兴奋的原因之一是收集和分析的数据数量庞大。更多的数据减少了发现的统计不确定性，最终需要减少统计和系统的不确定性来提高测量的精度。

“这是迄今为止对介子磁偶极矩最精确的测量，”布鲁姆说。“通过更精确地测量异常，伟德亚洲可以将其与标准模型预测的异常进行比较，标准模型解释了伟德亚洲所知道的所有粒子和力。如果他们不同意，那么就会发生一些非常有趣的事情。可能会有一些新的物理原理让人们感觉到它的存在。那将是不可思议的。”

北中央学院的学生在这一努力中发挥了关键作用，他们与布鲁姆一起在2017年的g-2实验的几个方面进行了合作。

据布鲁姆介绍，他的学生已经为带电粒子跟踪系统执行了各种质量控制和保证测试模块，他们参与了设计、建造和改进“测绘磁力计”的每一步，以测量带电粒子跟踪系统内部的磁场。

布鲁姆的两个学生——19岁的泰勒·韦策尔和20岁的达里尔·沃特金斯——与他合作，成功地申请到了美国能源部的补助金和研究津贴，以表彰他们在g-2实验中的工作。

布鲁姆认为，这些类型的动手，现实世界的机会是北中央学院教育经验的重要组成部分。

他说：“让伟德亚洲的物理专业学生参与这类研究是我做这件事的原因。”“不做实际的科学是不可能理解科学的。课堂有其目的，教学实验室也有其目的，但最终，在发现和失败的过程中，伟德亚洲看到了科学的实际运作方式。”

该合作计划在2025年发布他们最终的、最精确的μ子磁矩测量结果。布鲁姆和他的学生会坚持到底。

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