2021粒子物理热点综述(二)|综述
子木是粒子物理标准模型中的第二代带电轻子，在标准模型的发展中起着重要的作用。
μ子的磁矩和自旋有一个比例系数gμ，狄拉克方程预测为2。但由于量子涨落的存在，gμ因子需要用量子辐射来修正。
目前关于子木磁矩的讨论围绕着这个修正的大小，一般称为反常磁矩aμ。
在标准模型的框架内，反常磁矩的计算一般分为:量子电动力学、电弱相互作用、强子真空极化和强子光-光散射。
第一次反常磁矩的量子电动力学修正计算是对电子在1948中摇摆完成的，a = 0.001160.1%。
& gt& gt& gt
在1957年首次测量到子木的异常磁矩。
在1956中，李政道和杨振宁提出了“弱相互作用下宇称不守恒”。后来，莱德曼的团队验证了宇称不守恒，间接得到了与零一致的实验结果，aμ =0.0 0.1。
之后通过CERN的一系列实验和BNL的μ介子g-2实验，精度达到了0.5410-6，不到百万分之一。
此时基于标准模型的理论计算已经达到相当的精度，但比测量值小2.7个标准差，提示可能存在超越标准模型的新物理。粒子物理的理论家和实验家们开展了一系列工作，希望进一步提高理论计算和实验测量的精度。
& gt& gt& gt
2017至今，子木异常磁矩伟大理论团队分别在美、德、日召开工作会议。2020年中期，大家认识的理论值出炉，这个值和实验值的差值已经达到了3.7个标准差。
在实验方面，自2009年以来，有两个团队计划使用两种不同的实验方案来提高测量精度，即费米国家加速器实验室的μon g-2实验和J-PARC的μon g-2/EDM实验。
费米实验室开发了性能更好的电磁量能器、磁场测量核磁共振探针和其他改进，而J-PARC则采用不同的方法来存储μ子动量、μ子束和测量衰变电子。
& gt& gt& gt
费米实验室的μ子g-2合作组成立于2009年。2017年中期实验建设完成后，开始实验试运行，最终在2018年采集到第一批实物数据(Run-1)。
反常磁矩的物理分析主要分为:通过测量正电子数随时间的振荡得到μ子自旋的反常进动频率；储存环的磁场分布由安装在储存环上下的核磁共振探头和在储存束流区扫描的核磁共振探头小车获得；通过比较径迹探测器的测量和束流力学的模拟，得到了μ介子束在储存环中的时空分布。
Run-1的数据发表在2021年4月7日的《物理评论》杂志上，其精度是目前为止最好的。结合BNL的测量值，实验的理论差达到了4.2个标准差。
在费米实验室发表结果的同时，基于晶格QCD计算强子真空极化(HVP)对反常磁矩贡献的BMWc团队也在《自然》杂志上发表了最新的计算结果，结果显示理论实验只有1.6个标准差的差异，计算值与基于色散关系的其他理论值有3.7个标准差的差异。
目前，其他QCD团队正在验证这一新结果的计算和系统误差的估计，希望在不久的将来解决理论值之间的矛盾。
费米实验室的μ子g-2实验目前正在收集第五批数据(Run-5)，计划至少运行1年，从Run-6开始测量负μ子的异常磁矩。
此外，μ子g-2实验的数据还可以用来寻找μ子的电偶极矩以及与μ子耦合的超轻暗物质。
& gt& gt& gt
与此同时，J-PARC的μon g-2/EDM实验也逐渐步入正轨。通过产生μ子和激光电离产生冷μ子，然后精确测量反常磁矩。
2018已经实现了利用射频谐振腔加速谬尔，在谬尔元件制作、谬尔加速束流流线、径迹探测器模块等方面取得了很大进展。
实验计划2027年开始取数据，用不同的测量方法验证费米实验室的测量结果。
& gt& gt& gt
2021是子木物理学中一个非常重要的节点。预计2022年，美国和日本的异常磁矩实验将取得进一步突破，为解开子木异常磁矩之谜做出贡献。
重口味和强子物理研究
在粒子物理的标准模型中，三代轻子和规范玻色子具有相同的耦合强度，称为“轻子普适性”。
检验重味强子衰变中的“轻子普适性”是寻找标准模型之外的新物理的重要途径之一。
B厂(Babar实验和Belle实验)之前已经测试了底介子B+衰变中轻子的普遍性，测量了所谓的“RK”，没有发现与标准模型的预测有偏差的迹象。
LHCb实验国际合作组2014发布的测量结果与标准模型的预测存在2.6倍标准差的偏差。2019使用更多数据提高测量精度后，仍有2.5倍标准差的偏差。
2021年，LHCb实验国际合作组进一步提高了RK的测量精度，结果偏离标准模型预测3.1倍，这可能是新的物理影响的标志。
& gt& gt& gt
粒子物理学的标准模型中只有四种粒子可以在正负物质粒子之间“振荡”，而正负粒子的“振荡”正是量子力学重要性质的体现。
中性粲介子D 0的振荡频率较小，在实验中难以测量。LHCb实验国际合作组在2013的实验中确立了它的振荡性质。
2021年，LHCb实验国际合作组测量了决定中性介子振荡频率的物理量——两个质量本征态的质量差，这是首次在实验中建立了中性介子两个质量本征态的质量差。
& gt& gt& gt
强子光谱学的研究有助于深入理解夸克模型和强相互作用，是粒子物理学的一个热点。
自2003年Belle实验国际合作组发现X _ (3872)粒子以来，实验上发现了一系列奇怪的强子态，其中一些是带电的，不可能是传统的电中性重夸克-偶极。
2021年，实验发现了新的奇怪强子态，包括奇怪的隐藏四夸克态Zcs (3985)，Zcs (4000)，Zcs (4220)和双魅力四夸克态。
& gt& gt& gt
北京谱仪III实验国际合作组
在反应过程中，在
和
找到一个接近质量阈值的。
增强的结构需要通过引入一个新的四夸克候选Zcs (3985)来解释。
& gt& gt& gt
LHCb实验国际合作组通过对底介子衰变路径的振幅分析，在粲夸克J/ψ和带电K介子组合的不变质谱中发现了明显的增强结构。进一步分析表明，该系统有两个* * *振动结构Zcs (4000)和Zcs (4220)。
Zcs (4000)的质量与北京谱仪ⅲ实验国际合作组发现的Zcs (3985)在误差范围内是一致的，但其宽度是1个数量级。它们是否是同一个粒子，需要进一步的理论和实验研究。
LHCb实验国际合作组在2017发现了重子。
这一发现使得包含两个重口味夸克的奇异态研究成为新的理论热点。
实验方面，2020年，LHCb实验国际合作组发现了由正负两对粲夸克组成的X (6900)。2021在D0Dπ+的不变质谱中发现了一个新的* *振动态。究竟是D *+介子和d0介子组成的分子态，还是致密的四夸克态，还需要进一步的理论和实验研究。
& gt& gt& gt
在认识核结构方面，北京谱仪III实验国际合作组精确测量了类时空间中子的电磁结构，发现光子与质子之间的耦合强于光子与中子之间的耦合，从而解决了长期存在的光子-核子耦合异常问题。
同时，北京谱仪ⅲ实验国际合作组观测到中子电磁形状因子随质心能量变化的周期振荡结构，其振荡频率与质子相同，相位近正交。提出原子核内部存在未知的动力学机制，需要在理论和实验上进一步研究。
高能前沿希格斯物理，
弱电物理与新物理的探索
希格斯玻色子是标准模型预言的质量起源粒子，是弱对称性破坏机制的理论基础，也是标准模型中发现的最后一种粒子。它的发现补充了标准模型的理论框架，促进了人类对粒子物理微观世界的认知。
在后希格斯发现时代，准确确定希格斯粒子的性质，研究希格斯粒子与其他标准模型粒子的相互作用机制，以希格斯为探针寻找标准模型之外的新物理现象，已经成为高能前沿对撞机实验研究的核心之一。
& gt& gt& gt
希格斯粒子的寿命很短，它的存在只能用具体的衰变终态来衡量。
ATLAS和CMS国际实验合作团队基于LHC Run-2实验数据，结合希格斯粒子的主要衰变通道，测量了希格斯玻色子主要产生模式的反应截面、衰变分支比和耦合参数。
以图谱结果为例，全局拟合得到的希格斯粒子整体信号强度为1.06±0.06，测量误差较之前的实验结果有显著改善，与标准模型在误差范围内的预测一致，是2021年标准模型希格斯测量的重要代表性进展。
& gt& gt& gt
双希格斯过程是LHC上罕见的希格斯生成过程，对于探索希格斯自耦合机制、研究希格斯势的形状、探索反常自耦合和双希格斯超标准模型的新物理具有重要意义。
在这个研究方向上，ATLAS和CMS对Run-2 13 TeV的碰撞数据进行了深耕，取得了重要的研究进展。
图集标准模型双希格斯联合测量(一)与CMS双希格斯* * *振动态新物理学最新实验极限(二)
& gt& gt& gt
此外，希格斯衰变宽度和寿命的测量以及壳外衰变的研究都非常重要。
基于希格斯双Z玻色子衰变通道，CMS合作组给出了分离希格斯的实验证据和最新的希格斯宽度测量结果，与标准模型的预测高度一致。
第二代费米子的汤川耦合作为希格斯玻色子衰变路径的未来挑战之一，其研究非常重要。在希格斯衰变道的测量取得突破后，ATLAS在2021年完成了粲夸克衰变道的完整测量。
& gt& gt& gt
ATLAS和CMS实验中的三玻色子产生过程和矢量玻色子散射过程(a)三规范玻色子的强子衰变；轻子衰变过程；(c)ZZ散射图；(d)d)VV散射强子衰变示意图。
(1)CMS合作组在W玻色子衰变分支比的精确测量方面取得了重要突破，获得的结果首次超过了LEP正负电子对撞机的高精度历史结果。PDG2020指出了电弱精确测量的全局拟合中2倍的标准差，需要通过实验和理论进一步论证。
(2)在电弱稀有过程中三规范玻色子生成的研究中，ATLAS和CMS先后取得突破，首次在实验中观测到三规范玻色子共生过程。
(3)在矢量玻色子散射(VBS)的研究中，ATLAS和CMS实验进一步发现了不同符号的W+光子、Z+光子末态和WW的散射过程，首次获得了Z+光子散射过程中中微子衰变通道散射的发现，非常具有挑战性。
(4)此外，ATLAS在测量四顶夸克产生的稀有过程和CMS在测量3 J/ψ产生方面取得了重要进展。
& gt& gt& gt
在寻找新物理现象的过程中，ATLAS和CMS实验进行了广泛的研究，但没有发现明显偏离标准模型的实验迹象。相关工作为进一步研究新的物理理论提供了大量的实验数据参考和检验，对今后理论和实验的发展具有重要的指导和借鉴作用。
显示了ATLAS和CMS关于在新物理学中寻找统计限制的实验的部分结果。
结论
2021年，粒子物理研究领域热度不断，在多个研究方向取得了一系列令人瞩目的研究成果。
目前，中国与国际同行一道，在粒子物理前沿开展了全面深入的理论和实验研究，进一步全面布局了江门中微子实验、未来环形正负电子对撞机、超级陶瓷厂、中国电子离子对撞机等一系列基于加速器和非加速器装置的未来大型科学设施。，为解开宇宙物质组成之谜，接触和探索宏观无限和微观无限的物理现象而不懈努力。