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宇宙中不存在孤独。物理学家们几十年来一直知道，粒子和反粒子会不断地产生和湮灭，其中一些是我们已知的，而许多很可能仍然是未被发现的。物理学家们正在寻找超越标准模型（描述基本粒子和基本力如何相互作用的理论）的新粒子迹象，以将物理学推向新的领域。
四月，一个由 200 多名科学家组成的国际合作团队在伊利诺伊州巴达维亚的费米国家加速器实验室（Fermilab）报告了可能打开超越标准模型物理学之门的研究结果。该实验聚焦于μ子，μ子是带正电或负电荷的寿命短暂的亚原子粒子，其质量约为电子的 200 倍。与电子一样，μ子会产生自己微小的磁场。科学家们可以测量粒子的“磁矩”，它描述了该磁场的强度和方向。
一道裂缝
从 2018 年开始，科学家们开始将μ子以接近光速的速度在费米实验室直径 50 英尺的甜甜圈形磁铁中加速。 (平均每个μ子在衰变前会在甜甜圈中绕行几百圈。) 根据第一次实验运行对磁矩的计算，科学家们观察到μ子摆动——或称进动——的幅度远超理论预测。如果标准模型是正确的，那么实验中μ子磁矩的摆动应该与理论计算预测的完全一致。
但μ子g-2合作团队的科学家们发现，事实并非如此。（字母g代表“g因子”，它描述了旋转的μ子磁铁如何响应外部磁场。）如果μ子表现符合预期，那么g应等于 2，g减去 2 应等于 0。但费米实验室的实验表明，g比 2 大了百万分之十一点多，足以让许多物理学家将这种差异视为标准模型一道裂缝。
“只有三种解释，”费米实验室物理学家、该团队成员克里斯·波利（Chris Polly）表示。“要么是实验有问题，要么是标准模型有问题，要么是我们正在接近新物理学的信号。”
实验本身不太可能是罪魁祸首。自 20 世纪 50 年代瑞士欧洲核子研究组织（CERN）的早期实验以来，物理学家们一直在测量μ子的磁矩。但早在 2001 年，纽约州厄普顿布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）的一项超精密测量实验就揭示了与理论计算的差异。费米实验室的新实验采用了与布鲁克海文相同的装置，但使用了更新的探测器和二十年的μ子研究经验，以前所未有的精度验证了布鲁克海文的结果。
“我们能够得到基本相同数字的事实，确实有助于巩固证据，表明这不是实验异常或统计上的巧合，”波利说。
新粒子，新论文
近期涌现的大量论文，其中许多发布在 arXiv 预印本服务器上，描述了如何探测可能搅动μ子的未知粒子。一些理论家转向了超对称模型，该模型假设存在一整套未发现的粒子，他们认为像“重子”和“轻子”这样的假想粒子扮演着某种角色。许多想法侧重于将g-2的差异与暗物质的影响联系起来，暗物质是宇宙中神秘的、无法探测的物质，可能占宇宙物质总量的四分之一。
“他们想把所有这些碎片拼接成一个基本的宇宙图景，”波利说。
他说，标准模型无疑是不完整的，而且有些地方是修修补补的，但它在描述自然方面也极其成功。然而，并非所有人都同意费米实验室的结果指向新物理学。尽管实验结果是明确的——并且在未来的实验中可能会更加精确——但理论家们对于这些结果究竟意味着什么存在分歧。
一群由 14 名理论家组成的、集体称为布达佩斯-马赛-伍珀塔尔合作组织（BMW）的团队，利用超级计算机对μ子的磁矩进行了高级计算。在波利和他的同事们公布他们的结果的同一天，BMW 理论家们在《自然》杂志上发表了一篇论文，报告说他们的计算结果显示费米实验室的结果更接近标准模型，并没有来自未发现的假想粒子的贡献。
随着科学家们努力使理论与实验结果相匹配，μ子 g-2 合作团队将继续处理数据。（数据量很大：每月约 1 PB，足以填满大约 4000 部智能手机。）波利表示，四月公布的结果仅占实验将收集的总数据量的 6%。
“我们才刚刚开始，”波利说。
