美國的費米實驗室最近宣布，他們已經將緲子g-2的測量精度提升了兩倍。這一進展可能指向新粒子的存在，或是揭示了第五種基本力的線索。
緲子g-2的異常磁矩一直是物理界長達二十年的謎團。
緲子g-2聽起來可能很陌生。那麽，什麽是緲子，什麽是g-2，它們和第五種基本作用力有何聯系呢？
緲子，可能對許多人來說是個熟悉的名字，它是標準模型中的一種基本粒子，和電子一樣屬於輕子家族，但是作為第二代的電子，緲子的品質比電子重約200倍。除品質之外，緲子的自旋、電荷等內容與電子大致相同，因此，它有時被視作「重電子」。
緲子攜帶和電子相同的電荷，並且具有自旋，這使得它就像一個帶電的旋轉球體，能在其內部生成一個小磁場，因此緲子具備磁矩。
緲子的磁性特性還與其自旋的角動量量子數相關聯。理論上，自旋的角動量量子數與磁矩之間有線性關系。
簡而言之，任何自旋非零且帶電的粒子都會展現兩個重要內容：由自旋產生的磁矩，即自旋磁矩，以及自旋角動量。它們之間的比值，一個無因次的常數，被稱為旋磁比，用字母g來表示。
1935年，物理學家首次使用當時尖端的量子力學理論計算出，電子和緲子的g因子理論上應為2，即自旋磁矩與角動量的比值等於2。
然而到了1948年，科學家們測量得到的g因子並非嚴格等於2，而是2.00238。這個細微的偏差促進了量子力學的發展，並導致量子電動力學的誕生。
量子電動力學透過量子漲落來解釋這個偏差的原因。
量子漲落，也稱為真空漲落，是指在虛空中，即使沒有物質存在，能量依然存在並且在量子尺度上能與品質相互轉化。這種能量到品質（透過產生虛粒子對）再到能量（透過虛粒子對的湮滅）的轉化過程，雖然暫時打破了能量守恒定律，但從宏觀上看能量守恒仍然成立。
量子漲落之所以會影響緲子的g因子值，是因為緲子周圍也會產生正反粒子對，這些粒子與緲子發生短暫作用，如當虛粒子接近緲子時，會使緲子的磁性增強，導致其自旋磁矩與角動量的比值上升，使得g因子增大。
因此，上個世紀物理學家對於電子和緲子g因子的微小差異不以為然，認為這些差異僅是由量子漲落引起的。
直到21世紀，隨著實驗技術的提高，對緲子g因子的測量變得更加精確。
2006年，美國布魯克海文國家實驗室再次對緲子的g值進行了測定，透過納入量子漲落的考慮，理論上緲子的g值應該具有特定的數值。
然而，實際測得的數值與此不符。這一發現引發了物理學界的廣泛關註，因為所有已知的量子漲落因素都已經被考慮在內，理論與實驗之間的微小差異仍然存在。
這種差異引出了一個假設：背後可能隱藏著一種未被發現的粒子或第五種基本力。目前，這種誤差的來源成為了一個焦點問題，是由量子漲落導致的，還是存在未知的因素？
起初，物理學家認為緲子的g值（旋磁比）應該是2，後來發現實際值並非如此，這個差異被認為是由量子漲落導致的。因此，量子漲落以及其他潛在因素引起的偏差，可以透過將g值減去2再除以2來計算，從而得到一個新的比例因子，用α表示。α因此代表了緲子g因子理論與實驗之間所有的誤差比率。
先前，α被認為完全是量子漲落引起的。但現在的挑戰在於，盡管已考慮了所有已知的量子漲落因素，實驗測量的α值與理論預測之間依然存在差異。
對於這個差異，目前有兩種可能的解釋：一種是由於實驗設計的缺陷，即系統的不確定性；另一種是理論的不確定性所致。
如果g-2的誤差源自於系統不確定性，透過不斷提高實驗精度，理論和實驗結果最終應該能夠一致。而如果誤差源自理論不確定性，就需要不斷提升理論預測的精確度。
透過同時提高理論預測的精確度和實驗的精度，我們期待理論和實驗能夠相吻合。如果在雙方精度達到極限後，仍存在誤差，就需要考慮西格瑪值了，這可能意味著存在一種未知的變量，可能是新的粒子或全新的作用力。
2021年，美國費米國家實驗室基於大量實驗數據，釋出了最新的緲子g值測量結果，顯示出與理論預測值之間的微小差異。
這組數據中，小數點後的數值反映了考慮量子漲落效應後的結果，而小數點後第八位及之後的數位代表了實驗與理論不符的差異。這一次，理論與實驗之間的差異達到了4.2西格瑪。
一旦西格瑪值超過5，就可能標誌著新的科學發現。因此，物理學界繼續努力提高實驗和理論的精確度，以期達到或超過這一標準。
2023年8月10日，費米國家實驗室宣布，對緲子g-2值的測量精度已經提高了一倍，這一進展可能會在未來幾年內揭示新的科學發現，無論是新粒子的發現，新的基本作用力的證據，還是對標準模型的修正，都將是一次重大的科學進步。
