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2025年6月3日（北京时间），缪子反常磁矩国际合作组向全世界公布了最新测量结果。最新的测量结果不仅与2021年与2023年发布的结果高度一致，更将测量精度提升至前所未有的一千万分之一点二七，超越实验最初设定的目标一千万分之一点四，给出了当前最精确的缪子反常磁矩测量结果。尽管理论计算的最新结果削弱了缪子反常磁矩中的新物理迹象，但此次实验的高精度结果依然可为未来标准模型的扩展给出严格的限制。

2025年6月3日公布的结果基于实验最优质的数据。这得益于2023年对实验装置的多项优化改进，包括提高缪子束流质量和降低实验系统误差。图源：费米实验室。

“缪子反常磁矩实验实现了对粒子物理标准模型的精确检验。这一成果令人振奋，也为这项实验划上一个精确而圆满的句号。”

——Regina Rameika，美国能源部高能物理办公室副主任

“这是激动人心的时刻。我们不仅达到了预期的精度，甚至还超额完成了任务。这离不开科研经费单位以及费米实验室的全力保障。”

——Peter Winter，阿贡国家实验室物理学家、缪子反常磁矩国际合作联合发言人

“一个世纪以来，缪子反常磁矩实验持续为我们揭示自然规律的奥秘。此次测量将成为长期被引用的标准。”

 ——Lawrence Gibbons，康奈尔大学教授

物理学家使用“标准模型”理论来描述宇宙的基本运行规律。通过将实验测量结果与标准模型的理论预测相比较，物理学家可以判断标准模型是否完整，或者是否存在超出标准模型的新物理。缪子是与电子类似的基本粒子，其质量大约为电子200倍。与电子一样，缪子具有微小的磁矩，在磁场中它会像旋转的陀螺一样产生进动。缪子的进动频率与缪子的磁矩直接相关，后者通常用字母g表示；在不考虑量子场论修正的情况下，g应该等于2。然而实验表明g稍微大于2，因而定义偏差值(g-2)/2为缪子反常磁矩（又称“g减去2”）。这是因为缪子并不是孤立的存在于宇宙之中。在宇宙时空深处存在大量转瞬即逝的量子泡沫（也叫“虚粒子”）。这些虚粒子忽隐忽现，就像“舞伴”一样，时常抓住缪子的“手”，对缪子与磁场的相互作用产生影响，从而改变缪子的进动频率和g的大小。缪子反常磁矩就是来自于缪子与这些粒子的相互作用。标准模型可以精确预言所有的已知“舞伴”粒子带来的影响，以及修正后的g-2值。但可能还有更多标准模型以外的未知粒子，而这些未知粒子将明显改变g-2的值。这表明缪子反常磁矩（g-2）对新物理非常敏感，这为探索新物理开辟了一条康庄大道，这点让科学家们尤其兴奋。

缪子周边的量子泡沫影响了缪子与磁场的相互作用，使得g值不完全等于2。图源：PHD Comics

上世纪末在布鲁克海文国家实验室的测量结果曾显示出实验值与理论预期之间存在偏差，引发物理学界对“新物理”的广泛猜想：是否存在未知粒子影响了缪子自旋的进动？为解决这一谜团，研究人员对缪子反常磁矩实验进行了全面升级。2013年，布鲁克海文的超导磁铁储存环被迁移至位于伊利诺伊州的费米国家实验室，并于2017年5月31日正式取数运行。2021年4月，费米实验室首次公布实验结果，和布鲁克海文的结果一致，且测量精度有所提升。2023年8月发布了第二期结果，得益于期间对装置进行优化和升级与缪子束流的改善，以及分析方法的改进，有效降低了实验的系统误差。第三期已经完成所有数据对分析，累计统计量已达布鲁克海文国家实验室的21倍之多！

图为合作组从2018年4月至2023年5月的数据集中，累计分析的正电子数量。图源：费米实验室。

与此同时，一个由国际理论物理学家组成的合作团队成立了“缪子反常磁矩理论团队”，致力于提高理论计算的精度。2020年，该团队基于一系列的低能量正负电子对撞机实验数据发布了更新、更精确的标准模型理论值。当费米实验室2021年宣布其首个实验结果时，该结果以略优的精度证实了布鲁克海文国家实验室的结论，而理论值与实验值之间的差异仍在持续扩大。与此同时，一个基于格点量子色动力学计算的高精度理论值问世，该数值更接近实验测量值，从而缩小了差异。

近期，理论团队综合多个采用格点量子色动力学计算方法的研究团队成果，发布了新的理论值。该结果仍与实验测量值接近，降低了新物理现象存在的可能性。然而，理论界将持续努力探究对撞机实验数据驱动方法与格点量子色动力学计算方法之间差异的根源。

结合三期的分析结果，缪子反常磁矩国际合作组公布给出的平均值为：

(g-2)/2 = 0.001 165 920 705 （中心值）+- 0.000 000 000 114 （统计误差）+- 0.000 000 000 091（系统误差）

实验测量精度已达一千万分之一点二四，为之前布鲁克海文实验的四倍！此次结果已经投稿到《物理评论快报》上。

缪子反常磁矩合作组的最新结果和之前两次的测量结果高度一致，使得缪子反常磁矩的平均值测量精度再次提高。图源：费米实验室。

尽管费米实验室的缪子反常磁矩实验已发布最终结果，但相关研究远未结束。日本质子加速器实验室（J-PARC）正在搭建另一个完全独立、采用不同探测技术的缪子反常磁矩实验，预计在 2030 年左右给出首个物理结果——这将成为几十年来对传统储存环测量技术的首次独立检验。在欧洲核子中心（CERN），缪子-电子散射实验（MUonE）也在进行中，旨在对理论计算中最复杂的强子真空极化效应进行实验验证。我们有理由相信，这些新实验的结果将为我们带来更多、更大的惊喜。

“如过去几十年一样，缪子的磁矩仍是对标准模型最严格的检验。新结果对理论提出了新的挑战，也将成为未来计算结果的基准点。”

——Simon Corrodi，阿贡国家实验室助理物理学家、分析协调人

“实验的国际合作是成功的关键。值得注意的是，该实验团队不仅包含高能物理学家，还涵盖加速器、原子与核物理领域专家。“这是一个跨领域合作的典范，许多问题的解决依赖多学科的共同努力。尽管实验的主线任务已告一段落，合作组将继续分析现有数据，比如从数据中分析缪子的电偶极矩、电荷-宇称-时间对称性（CPT）等基本性质。”

——Marco Incagli， 意大利比萨国家核物理研究所

“虽然实验结束让人依依不舍，但我们也期待在其他方向推进物理前沿。我相信此次实验的结果将成为教材，被未来几代人所引用。”

——Peter Winter，阿贡国家实验室物理学家、缪子反常磁矩国际合作组联合发言人

缪子反常磁矩国际合作组合影。2023年7月27日 摄于英国利物浦大学

缪子反常磁矩合作组由来自7个国家、34个机构的近176名科学家组成。其中，上海交通大学于2012年成立缪子物理团队并作为初始单位之一参加了费米缪子反常磁矩实验，现有李亮教授与许金祥 (Kim Siang Khaw) 副教授等共13名正式成员。交大团队与美国费米国家实验室在缪子反常磁矩测量方面开展了长期密切的合作。交大团队是合作组中参与测量任务最全面的实验团队之一：对缪子反常磁矩的反常进动频率（主导七个独立分析之一）、以及束流动力学修正（主导五个主要修正之三）都做出了突出的贡献，并担任《物理评论快报》投稿文章的主要作者。

论文原文：https://arxiv.org/abs/2506.03069

“参与缪子反常磁矩实验的这十年，是一段见证并贡献于科学前沿的非凡历程。实验核心装置的超导磁铁储存环从布鲁克海文国家实验室向费米国家加速器实验室的大搬家，触发了我个人从瑞士到美国、再到中国的科研轨迹，映照着国际合作与个人投入的深度交融。从2017年我在费米实验室完成合作组首个wiggle plot，到2025年带领研究团队完成最终数据分析并绘制出最后一个wiggle plot，这八年的闭环，不仅标志着实验从启动到圆满收官，更凝聚了整个团队对科学真理孜孜以求的见证。回顾过去在上海的六年，数以百计跨越时区的凌晨会议已成为常态。夙兴夜寐的坚守，最终使我们成功将缪子反常磁矩的测量精度推至千万分之一量级。这不仅是一项技术上的重大突破，更是对粒子物理学中“g因子”这一百年物理参数测量历史的精彩续写，其过程之曲折、结果之重要，堪称粒子物理领域一段激动人心的篇章。值此最终成果发布之际，我内心充满对这段探索旅程的深切敬畏，以及对参与这一重大国际合作所取得成就的由衷自豪。这段经历，是对基础科学研究价值与魅力的最好诠释。”

——李政道研究所副教授许金祥

“自 2012 年作为初创成员加入费米实验室的缪子反常磁矩实验以来，我见证了这项工作从无到有的全过程——实验设施在荒地上拔地而起，从第一束缪子束流成功注入，到最终完成近2万亿个缪子的海量数据采集和分析。费米实验室缪子反常磁矩实验无疑是史上最具挑战性的精密测量之一。我们上海交大缪子团队很自豪能成为这项国际合作实验中不可或缺的一支力量，承担了多项高难度的前沿课题，为粒子物理学的发展贡献了中国的智慧与力量，也培养了一批优秀的学生和博士后。

——物理与天文学院教授李亮

"When I look back on my decision to join the g-2 experiment in 2024, I know it was one of the best choices I could have made. There's something truly special about those moments in science when everything clicks - when your instruments are so precise they show you things you never dreamed possible. Being part of this groundbreaking research fills me with both pride and deep gratitude. But g-2 is about so much more than just gathering data. It's like we're detectives solving the universe's greatest mystery. I'll never forget watching those particle beams curve gracefully through magnetic fields, or observing the anomalous precession frequency of muons - that subtle wobble in their spin that might reveal new physics beyond our current understanding of the universe. What makes it even more meaningful is how this work brings together scientists from around the world. Late nights in the lab, heated discussions over coffee, the collective gasp when we see something new - these moments of international collaboration are as valuable as the discoveries themselves."

——李政道研究所博士后Siew Yan Hoh

"While my participation in the g-2 experiment spanned a rewarding year and a half, I gained invaluable experience. Delving into storage ring physics revealed fascinating new concepts, pushing me beyond textbook knowledge and making every day a rich learning opportunity. The international collaboration was particularly impactful. It sharpened essential skills like schedule management and communication, especially vital when coordinating analyses across time zones and tight deadlines. Collaborating with researchers from diverse backgrounds, differing from my familiar Japanese style, proved incredibly stimulating and significantly broadened my perspective as a scientist. Seeing my initial analysis results evolve into a published paper now fills me with great pride and accomplishment. While I wish I could have experienced the full experimental setup and data collection phase, I'm deeply grateful for this opportunity. I sincerely hope to contribute to another great experiment from start to finish someday. My heartfelt thanks to Professor Kim Siang for this wonderful opportunity, and to all my g-2 colleagues for their collaboration on the analysis!"

——李政道研究所博士后Yusuke Takeuchi

“Muon g-2最终结果发布，达到了团队最初设定的精度目标，甚至比预期更好，真的很了不起。能参与这样一个高精度、大合作的实验，并在好几个运行周期的 omega_a 分析中真正投入精力，是一件让我非常自豪的事。这一路走来确实挺辛苦的，数据量大、细节多，很多时候感觉每天都在跟系统误差拔河。但也正是这些过程让我学到了很多东西，不只是技术层面的，更是对科研节奏、合作方式的深刻体会。”

——李政道研究所博士生曾永浩

“我于 2022 年加入缪子反常磁矩合作组，从事Run-2/3 数据中反常进动频率的测量，并结合磁场精确测量结果，对整个数据集进行了自洽性检验。在 Run-4/5/6 的分析阶段，我深度参与了困扰合作组近五年之久的进动慢效应问题研究。从最初提出猜想到设计验证方案，再到最终确认慢效应的成因并完成修正，团队成员始终保持高度热情与高效沟通，最终取得了超出预期的成果，从而圆满的解决了慢效应问题。我们将缪子反常磁矩的测量精度从Run-2/3的千万分之二提高到Run-4/5/6的千万分之一点二七。通过亲身参与这一系列前沿工作，使我深切体会到合作精神在科研中的重要价值。未来，我将继续参与 J-PARC上的新实验，期待与全球研究者携手，进一步探索精确测量对新物理寻找的推动作用。”

——物理与天文学院博士生卢泽嘉

上海交大缪子物理团队合影。2023年4月15日摄于李政道研究所

李政道研究所缪子物理课题组合影。2025年4月摄于李政道研究所

交大团队的其他成员有Jun Kai Ng博士生、李柄志博士（毕业）、储兆林硕士（毕业）、胡越恺硕士（毕业）、陈程博士后（出站）以及埃雷梅·瓦列托夫博士后（出站）和李迪开博士后（出站）以及多名本科生。在此感谢国家自然科学基金委的长期支持。