科学家致力于阐明粒子物理学的标准模型

当科学家们等待着美国能源部(DOE)费米国家加速器实验室对Muon g-2实验的高度期望的初步结果时，来自能源部阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的合作科学家继续使用和维护这种独特的系统，该系统可以绘制出实验达到前所未有的精度。

阿贡大学的科学家升级了测量系统使用了先进的通信方案以及新的磁场探头和电子设备，可以在进行实验的整个45米圆周环上绘制出磁场图。

该实验始于2017年，如今一直持续到今天，这可能对粒子物理学领域产生重大影响。作为美国能源部布鲁克黑文国家实验室过去实验的后续行动，它有权确认或否认先前的结果，这可能有助于阐明现行的粒子物理学标准模型各部分的有效性。

实验中重要部分的高精度测量对于产生有意义的结果至关重要。感兴趣的主要数量是μ子的g因子，它是表征粒子的磁性和量子力学属性的特性。

标准模型非常精确地预测了μ子的g因子值。阿尔贡大学高能物理(HEP)部门的博士后任命西蒙·科罗迪(Simon Corrodi)表示：“由于该理论清楚地预测了这一数字，因此通过实验测试g因子是检验该理论的有效方法。” “布鲁克海文的测量结果与理论预测值之间存在较大偏差，如果我们确认这一差异，将表明存在未发现的颗粒。”

就像地球的自转轴进动-意味着两极逐渐行进一样-介子的自旋(角动量的量子形式)在存在磁场的情况下进动。介子周围的磁场强度会影响其自旋进动的速率。科学家可以通过测量自旋进动速率和磁场强度来确定μ子的g因子。

这些初始测量值越精确，最终结果就越有说服力。科学家们正在努力实现精确到十亿分之70的现场测量。这种精确度使g因子的最终计算精确到Brookhaven实验结果的四倍。如果实验测量值与预期的标准模型值明显不同，则可能表明存在未知粒子，这些粒子的存在会干扰介子周围的局部磁场。

乘坐电车

数据收集期间，磁场使一束μ子围绕一个大的空心环行进。为了以高分辨率和高精度绘制整个环的磁场强度，科学家设计了一种手推车系统来驱动围绕环的测量探针并收集数据。

海德堡大学为Brookhaven实验开发了手推车系统，Argonne科学家翻新了设备并更换了电子设备。除了在环中安装了378个探头以不断监视场漂移之外，手推车还装有17个探头，可以以更高的分辨率定期测量场。

“每三天，手推车就会在两个方向上绕环行，每个探头和每个方向进行大约9,000次测量，” Corrodi说。“然后，我们进行测量以构建磁场的切片，然后构建完整的3D环图。”

科学家们从一个新的条形码读取器中了解了手推车在环中的确切位置，该条形码读取器在环的底部移动时记录了环底部的标记。

该环充满真空以促进μ子的受控衰减。为了保持环内的真空，连接到环上的车库和真空存储两次测量之间的手推车。使手推车装进环中的过程自动化可以降低科学家通过与系统交互而损害真空和磁场的风险。他们还最小化了手推车电子设备的功耗，以限制引入系统的热量，否则会破坏现场测量的精度。