據發(fā)表在《物理評論快報》的論文顯示，美國能源部費米國家實驗室的科學家們在實驗過程中有了驚人的發(fā)現，據科學家在論文中介紹稱，他們發(fā)現μ子的磁矩在強磁場中會發(fā)生進動或搖晃，就像旋轉的陀螺會發(fā)生搖晃一樣，這無法用粒子物理學中的“標準模型理論”來解釋�？茖W家在論文中稱這可能暗示了存在某種未知的第五種自然力。
其實，該論文中所提到的異常現象，前幾年就被證實了。早在2001年，美國布魯克黑文國家實驗室就在實驗過程中發(fā)現了μ子的磁矩數據有異常。通過改進試驗設備，費米國家實驗室再次進行了相關試驗，2021年正式確認μ子反常磁矩測量的實驗結果顯示μ子的行為和標準模型理論預測不相符。這里所說的磁矩是描述粒子磁性的一個物理量。
μ子，是一種類似電子的亞原子粒子，帶有一個單位負電荷，自旋為1/2，在基本粒子中與電子和τ子以及它們各自所對應的中微子和反粒子被歸類為輕子�？茖W家至今未發(fā)現輕子具有任何內部結構。
歷史上曾將μ子歸類為介子，稱為μ介子，不過現代粒子物理學已經摒棄了這一看法，將其歸類為輕子。介子是日本科學家湯川秀樹提出的概念，被證實后因此獲得了1949年的諾貝爾物理學獎。介子的靜態(tài)質量介于輕子和重子之間，是自旋為整數、重子數為零的強子，包括π介子，η介子和κ介子等。介子均不穩(wěn)定，壽命極短，很快便會衰變?yōu)榛玖Ｗ印?/p>
μ子的質量大約是電子質量的200倍，由于兩者性質相近，因此大家可以把μ子想象成一個“加重版”的電子。由于質量更大，μ子比相同能量的電子能夠穿透更厚的物質，宇宙射線產生的μ子能夠穿透厚達數百公里的大氣層到達地表。μ子除了可以通過宇宙射線與大氣的作用自然產生以外，就只能在高能粒子加速器中通過強子之間的核反應進行產生。
μ子雖然是一種與電子性質相似的基本粒子，但它卻沒有電子那么穩(wěn)定，壽命僅2.2微秒。不過其與其他不穩(wěn)定的亞原子粒子相比，壽命仍然算是比較長的，僅短于自由中子的881.5秒。
17世紀，牛頓發(fā)現了萬有引力；19世紀，麥克斯韋統(tǒng)一了電和磁；進入20世紀后，科學家們對核物理與亞原子粒子進行了深入研究，又相繼發(fā)現強核力和弱核力。至此，人類發(fā)現自然界中存在四種相互作用或者說四種基本力，分別是電磁相互作用強、強相互作用、弱相互作用和引力相互作用。其中，亞原子粒子的放射性衰變與弱核力有關，核子結合成原子核則與強核力有關。
20世紀50年代，楊-米爾斯理論將規(guī)范對稱性推廣到了基本粒子理論中，以此為基礎，經過眾多科學家的努力最終發(fā)展出了標準模型理論，該理論用一套框架將強相互作用、弱相互作用和電磁相互作用統(tǒng)一。該理論認為，電磁力由光子進行傳遞，強力則由膠子進行傳遞，弱力則由W玻色子和Z玻色子進行傳遞，至于粒子的質量則通過希格斯機制獲得。通過該理論可以準確預知粒子的行為，幾乎所有的實驗結果都符合該理論的預測。
最近幾十年間，標準模型理論取得了非凡的成就，因該理論獲得諾貝爾獎的科學家已有數十位。2013年，歐洲核子研究中心正式確認了1964年科學家理論預測的希格斯粒子的存在，使得標準模型更為完善。
根據標準模型理論的預測，在外界強磁場下，μ子的磁矩是一個非常接近但是不等于2的數，這被稱作“g-2”。不過費米國家實驗室的多次實驗結果顯示g-2的值與理論值存在差異。
若實驗結果沒有問題，那為什么μ子的磁矩在強磁場下會與標準模型的理論預測不符呢？這很有可能意味著μ子異常磁矩的背后，還有一種全新的相互作用即第五種自然力未被發(fā)現，但這還有待更多精密的實驗進行驗證。科學家還表示，引發(fā)μ子磁矩異常的也可能是其它東西，比如新粒子、新維度、新的時空特征等。
每種自然力都涉及諸多物理現象。科學家表示，如果真的存在第五種自然力，將再次引發(fā)物理學革命，人類科技或將因此再次出現飛躍。
對于μ子磁矩異常現象的發(fā)現，科學家們并不感到意外。其實，科學家很早便知道標準模型并不完善，無法成為大統(tǒng)一理論，因為它并沒有描述到愛因斯坦廣義相對論描述為時空彎曲的引力，也沒有描述到在宇宙中占比比普通物質更多的暗物質。
