近期，我校物理與電子信息學(xué)院粒子物理團(tuán)隊(duì)祝斌副教授與劉學(xué)文副教授提出一種新的物理機(jī)制，能夠解釋繆子反常磁矩、質(zhì)子半徑之謎和輕質(zhì)量暗物質(zhì)問(wèn)題。該成果以《Probing the flavor-specific scalar mediator for the muon (g-2) deviation, the proton radius puzzle and the light dark matter production》為題正式發(fā)表在權(quán)威自然科學(xué)綜合性學(xué)術(shù)刊物《中國(guó)科學(xué)：物理學(xué)力學(xué) 天文學(xué)》英文版(SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy, SCPMA)。
最近，美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的E989實(shí)驗(yàn)以極高的精度測(cè)量了繆輕子的反常磁矩(Muon g-2)，研究人員發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)模型理論預(yù)言值存在4.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差（注：通常5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差被視為確定的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)），這一結(jié)果引起了國(guó)際物理學(xué)界的廣泛關(guān)注。除此之外，多年來(lái)在一系列測(cè)量繆子型類(lèi)氫原子(Muonic hydrogen)的實(shí)驗(yàn)中，人們發(fā)現(xiàn)質(zhì)子電荷半徑與電子-質(zhì)子散射等實(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果有著顯著偏差，即著名的質(zhì)子半徑之謎。祝斌副教授與劉學(xué)文副教授綜合分析了兩方面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出了基于5維算符的特定味道標(biāo)量模型（flavor-specific scalar model）。研究發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量為MeV量級(jí)的標(biāo)量粒子通過(guò)同時(shí)與繆輕子和下夸克耦合可以成功的解釋繆子g-2異常和質(zhì)子半徑之謎。在論文中，他們還研究了模型中存在的輕暗物質(zhì)的產(chǎn)生機(jī)制，并發(fā)現(xiàn)早期運(yùn)動(dòng)學(xué)平衡退耦對(duì)暗物質(zhì)遺跡密度會(huì)產(chǎn)生至少10%的影響。最后，他們指出將來(lái)NA62等高精度探測(cè)實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該理論機(jī)制的檢驗(yàn)，這將對(duì)新物理研究具有重要指導(dǎo)意義。
該論文獲得了評(píng)審專家的高度評(píng)價(jià)，已正式在線發(fā)表于SCPMA期刊。此項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、山東省高等教育科技計(jì)劃項(xiàng)目的支持。文章鏈接：https://doi.org/10.1007/s11433-021-1819-5。
注：SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy (SCPMA,英文版)是中國(guó)科學(xué)院主管、中國(guó)科學(xué)院和國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)共同主辦的綜合性學(xué)術(shù)刊物。英文版SCPMA被SCI、EI、ADS等數(shù)據(jù)庫(kù)收錄, 2020年影響因子為5.122, Q1區(qū),中國(guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心期刊分區(qū)表物理大類(lèi)1區(qū)Top、物理綜合類(lèi)1區(qū)。
