2023年8月10日，美國能源部費米國家實驗室宣布了在物理學界 備受期待 的一項成果：物理學家對 μ子 的一種 反常磁矩 的特性有了 全新的測量結果 ， 比之前的測量結果精度提高了一倍。

一朵遮在現代物理學頭頂的巨大烏云因此測量結果，又被稍微撥開了一些。如果這個結果繼續不斷往下精確的話， 或許在不久的將來，人類將發現第五種力！ 這對我們意味著什么？其實，這 不僅是物理學的巨大突破，更將為我們普通老百姓的生活帶來不可估量的影響。

(資料圖片僅供參考)

但，對于與高深莫測的物理學距離甚遠的我們普通老百姓來說，要理解這個成果是非常困難的。什么是μ子？它的反常磁矩又是啥？為什么說對μ子反常磁矩的測量可以突破現代物理學？如果一切順利，預測成真，我們的生活又會迎來怎樣的變化？

這都是我們關心的問題。往下看，給你一個最 通俗易懂 的解答！

神秘的μ子與它的反常磁矩——第五種力的發現

要知道μ子是什么，你得先了解 “基本粒子” 的概念。隨著對物理學的研究越發深刻，人們逐漸發現構成世間萬物的，不是我們肉眼可見的最小物質，比如灰塵、沙子，而還存在 更小的構成因素 ，并且，每種不同物質的 構成因素及結構還各不相同。

于是，人們給這些構成物質的 最小或最基本的單位 取了個名字—— “基本粒子” 。基本粒子 比我們更熟悉的原子、分子還要小得多 ，哪怕用最先進的電子顯微鏡也無法觀測到。根據參與的物理作用， 基本粒子被分為三大類：夸克、輕子和傳播子。 科學家們一般要通過 粒子加速器 ，才能在粒子的碰撞中觀測到它們的性質。

μ子就是基本粒子的一種 ，再細分，則是一種 輕子 。在中文語境中，人們也稱它為渺子或繆子。其他常見的基本粒子，還有如Z玻色子、W玻色子、電中微子、電子等等。

說起電子，我們就又有了一點熟悉的感覺。 電子是人類最早發現的基本粒子 ，而你如果對物理學稍加了解，你就會知道這么一句話——“一切原子都由一個帶正電的原子核和圍繞它運動的若干電子組成。”簡單地說，就是 原子核和電子組成了原子 。用模型表示，就是這樣：

用電子與μ子對比，你能更容易理解μ子的存在： μ子和電子很相似 ，它們攜帶 相同的電荷 ，內部都有 自旋。 但 μ子的質量比電子大200多倍 ，所以μ子也時常被看作是一種 重電子 。

打個比方，μ子和電子就像 兩個不斷旋轉的小球 ，但μ子比電子重得多。同時，μ子的 自旋讓其內部形成了磁力 ，因此μ子有著 磁矩 。磁矩是一種物理量，用來描述載流線圈或微觀粒子的磁性。 通俗地說，μ子的磁矩就是μ子內部磁力的具象化、數字化。

既然是 由于自轉產生的磁力 ，那么 μ子的磁性就會與其旋轉的性質有關 ，用術語說，這個旋轉的性質叫做“ 角動量量子數 ”，簡單地理解，就是 μ子以何種方式、怎樣的速度進行旋轉的具象化、數字化。

為啥物理學要把什么現象都搞個公式、搞個數字或者代號出來呢？很簡單，這是為了 方便進行計算 ，以進行某種 猜想 ，再 驗證 各種猜想。畢竟，“ 數學物理不分家 ”。

于是，在對μ子的 自旋磁矩 和 自旋角動量 的長期觀測中，科學家發現，它們的比值（ 旋磁比 ）存在一定的規律，是一個 無量綱的常數 ，也就是說，列不出來公式，但可以用 字母g 來表示這個比值，且這個比值應該是一個 規定的數字 。

1935年，科學家們測量出，μ子的旋磁比 g為2 。但在1948年，這個結論很快被推翻，科學家們又得出了全新的μ子旋磁比 g——2.00238 。雖然只與上一次的結果存在非常細微的差距，但也帶來了 量子力學的巨大進步 。

2006年，美國布魯克海文國家實驗室再次測量了μ子的g，得出了 理論上的g值：2.00233183608±0.00000000108 。然而，在具體測量后，科學家們卻發現，理論與實際存在誤差， 實際上的g值應該為2.00233184160±0.00000000063 。雖然是極其小的差距，但科學家們也 不敢馬虎 ，畢竟，上一次這么小的差距，可是帶來了量子力學的巨大發展啊！

于是，科學家們做了一個大膽的猜測：在背后引起μ子g值的微妙誤差的，極有可能是一種 人類從未發現的、全新的力 。

讓我們簡單分析一下，μ子的g值 為何會存在理論和實際的誤差 ？無非有這么幾種可能性：第一，人類現有的 儀器水平已經不夠了 ，精確度已經無法滿足實驗需要；第二， 理論預測存在誤差 ，科學家可能需要更新理論；第三，如果人類的測量儀器和理論都已經達到極致，還存在誤差，那么就只能是一種 全新的粒子或是作用力 在影響實驗結果了。

2021年，不斷對μ子g值進行測量的 美國費米國家實驗室 在不懈努力后，公布了最近的數據：g值的 理論預測值為2.00233183620(±……86) ， 實際測量值為2.00233184122(±……82) 。

而在2023年8月10日，也就是前不久，美國費米國家實驗室公布了更新的數據，稱比起2021年的數據來說，μ子 g值的精確度又提高了一倍 。這意味著，新一種力，或是新一種粒子，或許正在漸漸朝我們揭開它們神秘的面紗。

第五種力為啥是第五種——前四種力是啥

第五種力的發現已經正在路上了，可你知道前四種力是啥嗎？其實它們離我們并不遠。自從牛頓被樹上掉下來的蘋果砸了頭，物理學界就陸續發現了幾種自然界中廣泛存在的基本作用力，它們分別是—— 電磁力 、 萬有引力 、 強力 和 弱力 ，也就是第五種力的前四種力。

電磁力和萬有引力是我們日常生活中最常見的兩種力。我們為什么可以走在路上而不飄起來？地球為什么繞著太陽轉，月亮又為什么繞著地球轉？都是因為 萬有引力 的存在。而小至生活常識現象，大至火箭、衛星的發射升空甚至宇宙探索，都離不開 包含萬有引力在內的計算 。

電磁力也很常見，我們 進小區單元樓、學校門禁 等的電子扣、磁卡鎖、制動器等就是電磁力學的最常見應用， 電動機、發電機、電磁波傳輸 等，也都離不開電磁力的發現。還有當今社會人類出行必不可少的 磁懸浮列車 ，同樣是電磁力學發展后的結果。

強力和弱力對于我們來說相對陌生，因為它們比起萬有引力和電磁力來說更 微觀 ，在日常生活中 難以被直接觀測到 。強力又叫 強相互作用力，是四種力中最強的一種 ，甚至可以克服電磁力產生的強大排斥力，將質子和中子緊緊粘在一起。

弱力又叫 弱相互作用力 ，不過它 并不是四種力中最弱的的一種 。它常作用在電子、夸克、中微子等微觀粒子間，制約著它們的放射性現象。

雖然強力和弱力看似在我們的生活中沒起什么作用，但在量子力學中可大有作為。只有不斷對這些微觀粒子以及之間的相互作用力進行觀測，我們才能 一次次突破物理學的極限，達到更高的文明高度 。

自四種力的發現以來，第五種力是否存在成了物理學上籠罩的一大朵黑云。科學家們從不曾停止尋找第五種力的腳步，而μ子g值的理論與實驗誤差顯然帶來了 一束曙光 。

第五種力將給我們帶來什么？為什么總是美國走在前頭？

如果有朝一日第五種力在μ子的g值中得到證實，我們的生活會迎來怎樣的變化？這顯然是最貼近我們身邊的問題。第五種力一旦被證實， 反物質 也許會在我們的生活中常見起來。這意味著，無論是我們正在使用的 手機、電腦、私家車 還是 高鐵、飛機 等，都將進入新的時代，數據傳輸會更快、運行速度也會更快，并且會更加輕薄、更加靈活，同時， 計算機和人工智能領域 又將拉開新的帷幕，現在的GPT、AI，都是小兒科。

往大了說， 超光速的宇宙飛行器 可能會被創造出來，屆時人類建立 月球基地、火星基地 都成了小問題，到那時，人類將真正 飛出太陽系 ，用雙手去探索、觸摸宇宙，而非只憑借眼睛的視覺和大腦的想象、計算。

甚至，人類或許可以觸摸到 時間的秘密 ，進入 更高的維度 ——屆時，我們生活的變化，將是現在的人腦完全無法想象的。

可是，看完全文，你或許又會有一個疑惑： 為啥美國占據了這么多尖端科技的發展領域？為什么總是美國發現新東西？ 我們不搞陰謀論，不討論這是不是美國進行的輿論戰，更不提是不是外星人幫助了美國，我們只從科學上說，那就是： 當今社會美國確實有著最強的經濟和科技實力。

盡管現在的中國已經 奮起直追 ，并有了許多 自食其力 的科技成果，但要知道，新中國建立也才 不過80年不到 ，在這80年間， 中國從一個千瘡百孔的國家逐漸成長為世界首部的大國，從發展速度上來說早已是一個奇跡。 所以，現今還在如量子力學等尖端領域缺乏設備和經驗的我們，追不上美國是合理的，但當然，也只會是 暫時 的。

你期待第五種力的發現嗎？你覺得μ子g值中的誤差就是我們解開第五種力奧秘的鑰匙嗎？