电子磁矩测量可能是标准模型迄今为止最严格的测试

粒子物理学的标准模型既是一项令人难以置信的科学成就，也是物理学家们正在努力克服的令人沮丧的障碍。它对于理解和预测很多事情至关重要，但与此同时，我们知道它并不完整。但事实证明，找到超越它的东西很困难。最新的测量结果加剧了这种沮丧。

研究人员对电子的磁矩进行了迄今为止最精确的测量。该测量结果比同一团队之前创下的记录精确 2.2 倍。磁矩是粒子与磁场对齐的趋势，对于基本粒子而言，标准模型可以相当准确地预测这一点。

这一壮举是通过将单个电子放在一个叫做彭宁阱的系统中实现的，在这个系统中，电子会受到 5 特斯拉的磁场，这大约是地球磁场. 系统被冷却到接近绝对零度，从而使电子的运动量子化。

自旋 g 因子对这一测量很重要。最初，根据量子力学的狄拉克方程，人们认为该值等于 2。这是一个可爱的整数。但进一步分析表明，由于宇宙要复杂得多（都与量子电动力学中的虚拟光子有关），该值实际上要高一些，因此 g-2 值被用作异常磁偶极矩。

异常磁偶极矩是标准模型的绝佳试验台。它对所有带电轻子（电子、μ 子和 τ 粒子）都很有趣。μ 子和 τ 粒子就像电子，但重得多。除了质量之外，它们的主要区别在于，虽然电子是稳定的，但 μ 子在 2.2 微秒内衰变，而 τ 粒子的衰变比电子短 1000 万倍。

当谈到 μ 子的 g-2 测量时，现有的最佳数据表明它偏离了标准模型。正在进行分析，以确认这种偏差是否表明存在超出标准模型的物理学。μ 子的质量比电子大很多，准确地说是电子的 207 倍。因此，如果存在标准模型中未预测的力或粒子与带电轻子相互作用，则其在 μ 子中的影响会更加明显。

但这种新的测量方法为电子 g-2 值带来了新的精度水平。他们获得了 0.13 万亿分之一的相对精度。这比 μ 子的值小约 3,000 倍，但仍不足以看出差异。然而，不同的测量方法可能有助于弥合差异，使这个值好 10 倍。更好的数字是精细结构常数。

这个数字简称为 α，约为 1/137，它出现在许多物理定律中，当你试图理解太阳为什么发光以及为什么面包大多掉在涂了黄油的一侧时，你就会遇到它。但旨在精确定义这个常数的两种最准确的方法得到的数值略有不同。差异很小，但可以使电子异常磁偶极矩的测量足够精确，以查看与理论预测值是否存在差异。正在开展工作以解决这两组人之间的差异，兴奋之情显而易见。

“所有这些进展都表明，电子从未如此有望打开一扇通往新物理学的窗户，”萨伊达·古埃拉蒂-赫利法 (Saïda Guellati-Khelifa) 教授在一篇论文中写道。萨伊达·古埃拉蒂-赫利法是试图以更高的精度确定精细结构常数的团队成员之一。观点关于新的研究。

关于测量电子磁矩的论文发表于物理评论快报。

[H T：先进等离子体]