第五种力即将被发现

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2023年8月10日，美国能源部费米国家实验室宣布了在物理学界备受期待的一项成果：物理学家对μ子的一种反常磁矩的特性有了全新的测量结果，比之前的测量结果精度提高了一倍。

一朵遮在现代物理学头顶的巨大乌云因此测量结果，又被稍微拨开了一些。如果这个结果继续不断往下精确的话，或许在不久的将来，人类将发现第五种力！这对我们意味着什么？其实，这不仅是物理学的巨大突破，更将为我们普通老百姓的生活带来不可估量的影响。

但，对于与高深莫测的物理学距离甚远的我们普通老百姓来说，要理解这个成果是非常困难的。什么是μ子？它的反常磁矩又是啥？为什么说对μ子反常磁矩的测量可以突破现代物理学？如果一切顺利，预测成真，我们的生活又会迎来怎样的变化？

这都是我们关心的问题。往下看，给你一个最通俗易懂的解答！

神秘的μ子与它的反常磁矩——第五种力的发现

要知道μ子是什么，你得先了解“基本粒子”的概念。随着对物理学的研究越发深刻，人们逐渐发现构成世间万物的，不是我们肉眼可见的最小物质，比如灰尘、沙子，而还存在更小的构成因素，并且，每种不同物质的构成因素及结构还各不相同。

于是，人们给这些构成物质的最小或最基本的单位取了个名字——“基本粒子”。基本粒子比我们更熟悉的原子、分子还要小得多，哪怕用最先进的电子显微镜也无法观测到。根据参与的物理作用，基本粒子被分为三大类：夸克、轻子和传播子。科学家们一般要通过粒子加速器，才能在粒子的碰撞中观测到它们的性质。

μ子就是基本粒子的一种，再细分，则是一种轻子。在中文语境中，人们也称它为渺子或缪子。其他常见的基本粒子，还有如Z玻色子、W玻色子、电中微子、电子等等。

说起电子，我们就又有了一点熟悉的感觉。电子是人类最早发现的基本粒子，而你如果对物理学稍加了解，你就会知道这么一句话——“一切原子都由一个带正电的原子核和围绕它运动的若干电子组成。”简单地说，就是原子核和电子组成了原子。用模型表示，就是这样：

用电子与μ子对比，你能更容易理解μ子的存在：μ子和电子很相似，它们携带相同的电荷，内部都有自旋。但μ子的质量比电子大200多倍，所以μ子也时常被看作是一种重电子。

打个比方，μ子和电子就像两个不断旋转的小球，但μ子比电子重得多。同时，μ子的自旋让其内部形成了磁力，因此μ子有着磁矩。磁矩是一种物理量，用来描述载流线圈或微观粒子的磁性。通俗地说，μ子的磁矩就是μ子内部磁力的具象化、数字化。

既然是由于自转产生的磁力，那么μ子的磁性就会与其旋转的性质有关，用术语说，这个旋转的性质叫做“角动量量子数”，简单地理解，就是μ子以何种方式、怎样的速度进行旋转的具象化、数字化。

为啥物理学要把什么现象都搞个公式、搞个数字或者代号出来呢？很简单，这是为了方便进行计算，以进行某种猜想，再验证各种猜想。毕竟，“数学物理不分家”。

于是，在对μ子的自旋磁矩和自旋角动量的长期观测中，科学家发现，它们的比值（旋磁比）存在一定的规律，是一个无量纲的常数，也就是说，列不出来公式，但可以用字母g来表示这个比值，且这个比值应该是一个规定的数字。

1935年，科学家们测量出，μ子的旋磁比g为2。但在1948年，这个结论很快被推翻，科学家们又得出了全新的μ子旋磁比g——2.00238。虽然只与上一次的结果存在非常细微的差距，但也带来了量子力学的巨大进步。

2006年，美国布鲁克海文国家实验室再次测量了μ子的g，得出了理论上的g值：2.00233183608±0.00000000108。然而，在具体测量后，科学家们却发现，理论与实际存在误差，实际上的g值应该为2.00233184160±0.00000000063。虽然是极其小的差距，但科学家们也不敢马虎，毕竟，上一次这么小的差距，可是带来了量子力学的巨大发展啊！

于是，科学家们做了一个大胆的猜测：在背后引起μ子g值的微妙误差的，极有可能是一种人类从未发现的、全新的力。

让我们简单分析一下，μ子的g值为何会存在理论和实际的误差？无非有这么几种可能性：第一，人类现有的仪器水平已经不够了，精确度已经无法满足实验需要；第二，理论预测存在误差，科学家可能需要更新理论；第三，如果人类的测量仪器和理论都已经达到极致，还存在误差，那么就只能是一种全新的粒子或是作用力在影响实验结果了。

2021年，不断对μ子g值进行测量的美国费米国家实验室在不懈努力后，公布了最近的数据：g值的理论预测值为2.00233183620(±……86)，实际测量值为2.00233184122(±……82)。

而在2023年8月10日，也就是前不久，美国费米国家实验室公布了更新的数据，称比起2021年的数据来说，μ子g值的精确度又提高了一倍。这意味着，新一种力，或是新一种粒子，或许正在渐渐朝我们揭开它们神秘的面纱。

第五种力为啥是第五种——前四种力是啥

第五种力的发现已经正在路上了，可你知道前四种力是啥吗？其实它们离我们并不远。自从牛顿被树上掉下来的苹果砸了头，物理学界就陆续发现了几种自然界中广泛存在的基本作用力，它们分别是——电磁力、万有引力、强力和弱力，也就是第五种力的前四种力。

电磁力和万有引力是我们日常生活中最常见的两种力。我们为什么可以走在路上而不飘起来？地球为什么绕着太阳转，月亮又为什么绕着地球转？都是因为万有引力的存在。而小至生活常识现象，大至火箭、卫星的发射升空甚至宇宙探索，都离不开包含万有引力在内的计算。

电磁力也很常见，我们进小区单元楼、学校门禁等的电子扣、磁卡锁、制动器等就是电磁力学的最常见应用，电动机、发电机、电磁波传输等，也都离不开电磁力的发现。还有当今社会人类出行必不可少的磁悬浮列车，同样是电磁力学发展后的结果。

强力和弱力对于我们来说相对陌生，因为它们比起万有引力和电磁力来说更微观，在日常生活中难以被直接观测到。强力又叫强相互作用力，是四种力中最强的一种，甚至可以克服电磁力产生的强大排斥力，将质子和中子紧紧粘在一起。

弱力又叫弱相互作用力，不过它并不是四种力中最弱的的一种。它常作用在电子、夸克、中微子等微观粒子间，制约着它们的放射性现象。

虽然强力和弱力看似在我们的生活中没起什么作用，但在量子力学中可大有作为。只有不断对这些微观粒子以及之间的相互作用力进行观测，我们才能一次次突破物理学的极限，达到更高的文明高度。

自四种力的发现以来，第五种力是否存在成了物理学上笼罩的一大朵黑云。科学家们从不曾停止寻找第五种力的脚步，而μ子g值的理论与实验误差显然带来了一束曙光。

第五种力将给我们带来什么？为什么总是美国走在前头？

如果有朝一日第五种力在μ子的g值中得到证实，我们的生活会迎来怎样的变化？这显然是最贴近我们身边的问题。第五种力一旦被证实，反物质也许会在我们的生活中常见起来。这意味着，无论是我们正在使用的手机、电脑、私家车还是高铁、飞机等，都将进入新的时代，数据传输会更快、运行速度也会更快，并且会更加轻薄、更加灵活，同时，计算机和人工智能领域又将拉开新的帷幕，现在的GPT、AI，都是小儿科。

往大了说，超光速的宇宙飞行器可能会被创造出来，届时人类建立月球基地、火星基地都成了小问题，到那时，人类将真正飞出太阳系，用双手去探索、触摸宇宙，而非只凭借眼睛的视觉和大脑的想象、计算。

甚至，人类或许可以触摸到时间的秘密，进入更高的维度——届时，我们生活的变化，将是现在的人脑完全无法想象的。

可是，看完全文，你或许又会有一个疑惑：为啥美国占据了这么多尖端科技的发展领域？为什么总是美国发现新东西？我们不搞阴谋论，不讨论这是不是美国进行的舆论战，更不提是不是外星人帮助了美国，我们只从科学上说，那就是：当今社会美国确实有着最强的经济和科技实力。

尽管现在的中国已经奋起直追，并有了许多自食其力的科技成果，但要知道，新中国建立也才不过80年不到，在这80年间，中国从一个千疮百孔的国家逐渐成长为世界首部的大国，从发展速度上来说早已是一个奇迹。所以，现今还在如量子力学等尖端领域缺乏设备和经验的我们，追不上美国是合理的，但当然，也只会是暂时的。

你期待第五种力的发现吗？你觉得μ子g值中的误差就是我们解开第五种力奥秘的钥匙吗？

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