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物理學自誕生之初，便顛覆了人類對自然界的認知，把人類從對不可知神靈的崇拜與臣服中拯救出來，使人們轉而相信可知的自然規律。
目前，人類社會的物理學，其發展歷史上有兩個重大突破。
第一個重大突破，是以伽利略與牛頓為首的科學家建立的經典物理學體系。
第二個大突破，則是以愛因史坦與普朗克為代表的科學家建立的現代物理學。
自上個世紀之後，人們似乎再也沒有聽說過，物理學取得了什麽巨大的突破。
也就是說，物理學近乎停滯了一百年。
加上現在很多科幻小說問世，又給人們提供了許多想象空間。
難道物理學真的披上了「科技鎖」？這個世紀之內，我們還能聽到物理學的大新聞嗎？
物理學到底啥時候才能迎來它的第三次突破？
µ子大揭秘
阻礙現代物理學發展的障礙，大概可以歸納為三個：強調自然現象具有普適性的萬有理論、探究物質結構的標準模型與難以論證的暗物質與暗能量。
在這種觀念的指導下，世間萬物都可以拆解成無數個微觀基本粒子。
乍聽起來也許難以理解，但對於基本粒子，我們在學生時期其實就已經接觸過。
我們在中學時期所學過的光子、微中子、誇克等，就是基本粒子。
所以說，要想完善物理學的標準模型，萬萬離不開對基本粒子的研究，後者是關鍵中的關鍵。
掌握了物理學基本粒子的自然規律，相當於將物理學這門學科上籠罩的量子烏雲掃去了大半。
地中海地區曾建設過一個宇宙深淵天體粒子研究天文台。
這個天文台發現，當微中子與水、空氣還有下層巖石分子相撞之時，一種高能帶電粒子隨之產生。
這種高能帶電粒子就是µ子。
專門研究微中子的科學家Coelho認為，這個子有可能是目前人類所能探測到的能量最高的微中子。
要想深入探究物理學的標準模型，就不可能避開對µ子的研究。
對µ子的測量與研究，很早之前就已經開始了。在物理學歷史上，多次實驗的焦點，都主要集中在對µ子自旋磁矩與角動量比值的探究上。
1935年的物理學家算出這個比值是整數2。但當時物理學的發展水平顯然還不夠先進，考慮的因素還不夠充足。
在後來的實驗中，吸取了更多經驗的科學家把當時一個現行的理論——量子漲落理論納入了對µ子的測量實驗之中，得出了一個新的數值，即2.002319304362。
有的讀者也許會不理解。就這0.01都不到差距，有必要這麽在乎嗎？可所謂差之毫厘，失之千裏。對於一門嚴謹的科學來說，再小的差別，也必須重視。
在21世紀，美國費米國家實驗室的實驗再次計算了µ子自旋磁矩與角動量的比值，實驗結果卻令人十分驚訝，可謂一石激起千層浪。
難道說，這次實驗結果，又算出了什麽新數值？
美國實驗新結果
在新世紀中，美國對µ子的研究領先一步。
要知道，自2021年以來，量子物理學再也沒有出現過像量子漲落理論這樣的新理論。
也就是說，上文提到的那個2.002319304362的數值，應該是沒有任何問題的。假如有人重新進行實驗，計算µ子自旋磁矩與角動量比值，得出來的結果應該就是2.002319304362。
美國費米實驗室自然把2.002319304362看作「標準答案」，再次進行實驗。
在大得像房屋一樣的真空管道裏，數不清的µ子就像小精靈，在磁場中飛舞躍動，實驗室中最先進的探測器則記錄下了µ子們的軌跡。科學家們翹首以盼，等待著最終結果。
這次實驗可不了得。終於，在2021年4月，美國費米實驗室釋出了第一次實驗結果，計算出了一個全新的數值。
實驗得出的實際數值是2.00233184122，與2.002319304362相比，顯然不同。
但第一次實驗的置信度僅為4.2σ，說明實驗並不是那麽完美，還有待提升。
透過中學時接觸過一些實驗，我們就可以發現，實驗的樣本其實是很隨機的，所以結果也同樣隨機。
置信度這個東西，就是用來表現實驗結果可不可信的數值。
比如說，一個實驗結果其實受隨機因素影響很大，那麽，這個實驗的置信度就會很低，實驗結果也就沒法相信了。
基於這種考慮，美國的科學家們再次準備實驗，努力提升實驗精度，以提高置信度。
2023年8月，美國費米國家實驗室研究緲子g-2的團隊再次釋出最新結果。
最新的結果建立在前三年的數據的基礎上，實驗精度已經達到了0.2ppm，實驗實際數值與理論預測數值偏差的置信度是5σ。
相比於上次實驗的4.2σ，整整提高了0.8σ。
對於我們這種外行人來說，可能不理解這個5σ的置信度代表什麽。
把置信度的5σ切換成百分比就好辦多了。5σ就是95%。
也就是說，美國第二次實驗的結果有95%的可能性是真實的，這個置信度已經相當高了。
實際數值與理論數值存在差別，可同時又沒有新的理論來解釋這一差別產生的原因。
這就好比我們做一道數學題，把題目裏所有內容和課本上所有公式都考慮進去了，結果算出來的數位和參考答案不一樣。實在是令人百思不得其解。
假如不存在計算錯誤的問題，只能表明，一些新的物理學規律還未被人發現。但透過對緲子的實驗，這些新規律被科學家觀測到了。
而這些新的規律，就是通往「新物理學」的大門。
正因如此，美國國家實驗室的第二次實驗結果被各界人士看作了一個代表新物理學誕生的「大新聞」。
新物理誕生了嗎？
盡管兩次實驗都展示了與理論值完全不一樣的結果，且存在著一定置信度，但還不能完全斷言不符合標準模型的新物理已經出現。
最近，有其他國家的科學家公布了一項最新正負電子對湮滅的散射截面測量，即arXiv:2302.08834，此數值與以往的實驗結果都有所不同，存在差異。
如果將上述數值代入美國費米實驗室的實驗中，實驗的實際數值和理論數值是可以重合的。
還有一個問題頗為關鍵。在美國原有的實驗中，目前還不能確定演算法有沒有什麽問題。如果用更先進的演算法計算，後續實驗差異可能會減少。
結語
這次實驗結果，只是一個開始。假如用來論證新物理已經產生，則不免有些誇大了。
這種物理學的大型實驗，做一次就要花上幾年的時間。光重復實驗也不行，還可能要改改實驗方案、提高實驗精度。
新的實驗結果，恐怕短期內並不能問世。
就算等到了美國第三次實驗結果，但一家之言，始終難以信服。還需等其他國家的物理學研究機構進行實驗復現。
畢竟，現在的學術造假事件可是層出不窮，只有實踐才是硬道理。
要是其他地方做不出這個結果，美國實驗的置信度再高也是拉倒。總不能是美國當地的客觀自然規律和世界上其他地方不一樣吧。
總而言之，物理學的新發展，還需大眾繼續展望。
參考文獻
徐銳.科學家發現「最強微中子」[N].中國科學報,2024-06-28(001).DOI:10.28514/n.cnki.nkxsb.2024.001321.
