Muong-2实验等项目突出了实验测量和标准模型预测之间的差异 ， 这些差异指向了物理学中的某个地方的问题 。 （图片来源：ReidarHahn/Wikimedia Commons）
新的力或粒子的线索
2021年4月 ， 费米实验室的Muong-2实验的成员宣布了他们对μ介子磁矩的首次测量 。 μ子是标准模型中的基本粒子之一 ， 迄今为止对其特性之一的测量是最准确的 。 这个实验之所以重要 ， 是因为测量结果与磁矩的标准模型预测不完全匹配 。 基本上 ， μ子的行为不正常 。 这一发现可能指向未被发现的与μ子相互作用的粒子 。
但与此同时 ， 在2021年4月 ， 物理学家佐尔坦·福多尔和他的同事展示了他们如何使用一种名为格子QCD的数学方法来精确计算μ子的磁矩 。 他们的理论预测与旧的预测不同 ， 仍然在标准模型中有效 ， 重要的是 ， 与μ子的实验测量相匹配 。
在物理学家知道实验结果是否真正超出标准模型之前 ， 必须调和之前接受的预测、这一新结果和新预测之间的分歧 。
新工具将帮助物理学家寻找暗物质和其他有助于解释宇宙奥秘的东西 。 （图片来源：MattiaDi Mauro（ESO/Fermi-Lat）
升级物理工具
物理学家必须在制定构成理论的关于现实的扭曲思想和推进技术到新实验可以测试这些理论的地步之间摇摆不定 。 2021年是推进物理实验工具的大年头 。
首先 ， 世界上最大的粒子加速器 ， 欧洲核子研究中心的大型强子对撞机 ， 被关闭 ， 并进行了一些实质性升级 。 物理学家刚刚于10月重新启动了该设施 ， 他们计划于2022年5月开始下一次数据收集工作 。
升级提高了对撞机的功率 ， 使其可以在14TeV时产生碰撞 ， 高于之前的13TeV限制 。 这意味着成批以光束绕圆形加速器运行的微小质子携带的能量与以每小时100英里（160千米）的速度行驶的80万磅（36万千克 ， 360吨）客运列车的能量相同 。 在这些令人难以置信的能量下 ， 物理学家可能会发现新的粒子太重了 ， 无法在较低的能量下看到 。
为了帮助寻找暗物质 ， 还取得了其他一些技术进步 。 许多天体物理学家认为 ， 目前不适合标准模型的暗物质粒子可以回答一些悬而未决的问题 ， 这些问题涉及重力绕恒星弯曲的方式——称为引力透镜——以及恒星在螺旋星系中旋转的速度 。 像低温暗物质搜索这样的项目尚未找到暗物质粒子 ， 但这些团队正在开发更大、更敏感的探测器 ， 以便在不久的将来部署 。
与我使用中微子的工作特别相关的是开发了巨大的新探测器 ， 如顶级神冈探测器（Hyper-Kamiokande）和沙丘（DUNE） 。 使用这些探测器 ， 科学家有望回答关于中微子振荡的基本不对称性的问题 。 它们还将用于观察质子衰变 ， 某些理论预测应该发生这种拟议现象 。
2021年强调了标准模型未能解释宇宙每个谜团的一些方式 。 但新的测量和新技术正在帮助物理学家在寻找万物理论方面取得进展 。
BY:Aaron McGowan
FY:青山绿水
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