【本站讯】日前，hy590海洋之神平台物理与电子信息学院祝斌教授与南京师范大学武雷教授团队在电弱精确测量拟合与新物理研究中取得重要突破性研究进展，解决了粒子物理试验中标准模型预言和实验测量的偏离问题。该研究成果以“Hadronic Uncertainties versus New Physics for the W boson Mass and Muon g-2 Anomalies”（在w玻色子和缪子反常磁矩中新物理和强子化不确定度的较量）为题，发表于国际顶级学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）2023年第14期。

粒子物理是研究物质最小单位——粒子的性质和行为规律的学科。研究粒子物理对认识宇宙的本质非常重要。此外，粒子物理也对科技的发展有着不可或缺的作用，许多现代科技应用如同步辐射和粒子加速器等都与粒子物理有关。在粒子物理研究中，实验和理论是两个重要部分。实验需要建立各种粒子探测器和加速器，使用先进的技术手段和设备获取粒子的各种信息；理论需要建立粒子的标准模型，描述粒子的规律。

近年来，粒子物理实验中的两个重大结果——缪子的反常磁矩和W玻色子的质量测量，引起了广泛关注。标准模型认为粒子的磁矩和自旋成正比，而缪子的磁矩应该非常接近于标准模型的预测值。然而，最新的费米实验室实验结果表明，缪子的磁矩偏离标准模型的预测值非常显著，这被称为“缪子反常磁矩”。W玻色子是标准模型的重要组成部分，而CDF的实验测量表明，W玻色子的实际质量比标准模型预言的数值大很多。这两个实验结果的显著偏离标准模型挑战了我们对基本粒子性质的理解和标准模型的描述能力，也为寻找新物理提供了契机。

在研究过程中，祝斌教授和武雷教授课题组敏锐地发现强子真空极化贡献不仅是标准模型缪子反常磁矩理论计算的一个关键部分，而且还可以对跑动精细结构常数产生贡献，是电弱精确拟合的一个关键因素。通过对强子真空极化的研究，可以自然地将缪子反常磁矩和W玻色子的质量问题结合在一起。

“这项研究解决了标准模型预言和实验测量的偏离，具有多方面的创新性。”祝斌教授介绍道，首先，团队利用最精确的W玻色子质量等电弱精确可观测量，独立于正负电子对和格点计算，给出了强子真空极化贡献的一个极具竞争力的理论结果，并预测了缪子反常磁矩的标准模型值。结果表明，标准模型无法完美地解释电弱精确测量和缪子反常磁矩的实验数据，这为新物理研究提供了新的动力。其次，团队提出了一种超越了标准模型的新物理模型，成功解释了两个实验的测量结果。然而，还有一个重要的问题需要解决，那就是这个模型或其扩展能否同时解释最近的味物理测量和异常，并满足额外的现象学限制，其中最严格的限制是希格斯粒子到缪子的衰变测量，团队创造性地提出了引入左手相互作用这一想法，可以在不破坏模型的解释能力的前提下避免希格斯到缪子衰变的测量。最后，研究团队成功地计算出了新物理模型中新粒子的产生率，证明了这个模型可以被实验验证。更令人振奋的是，在欧洲核子中心大型强子对撞机实验中，有很大的可能发现这些新粒子，这意味着我们有望在未来探索到新的物理现象，为科学家们寻找新物理提供了明确的方向。

《自然·通讯》审稿人认为，“该研究表明，CDF实验中W玻色子质量的最新异常测量和缪子反常磁矩拉动了共同的强子贡献朝相反方向。研究团队量化了这种影响，并得出结论——同时拟合两个可观测量会增加与标准模型预测的差异。该研究大大加强了标准模型以外新物理的证据，这个结果在粒子物理领域极为重要。”

《自然·通讯》（Nature Communications）是《Nature》杂志子刊，影响因子为17.7。按照高能物理的惯例，论文署名以字母顺序排名，祝斌教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委面上项目的资助。

祝斌教授1985年11月出生，2014年博士毕业于南开大学，2014-2016年在中科院物理所从事博士后研究，2016年入职hy590海洋之神平台物理与电子信息学院并直聘为副教授，2022年获校聘教授，其主要研究领域为粒子物理，曾获国家青年基金和面上项目基金资助，在暗物质和新物理寻找方面取得了多项重要研究成果。截至目前，在《Nature Communications》《Science Bulletin》和《Journal of High Energy Physics》等国际知名期刊累计发表52篇论文，共被引用1158次。

来稿时间：3月4日      审核：亓健生      责任编辑：孙艳