费米实验室M3实验：探索（g-2）μ和暗物质的新介子失踪动量方法

"M3：一项新的介子失踪动量实验，用于在费米实验室探测（g-2）μ和暗物质。该实验旨在探索可能解释（g-2）μ异常的新粒子，并寻找暗物质与常规物质相互作用的线索。实验采用固定目标、缺少动量的搜索策略，利用高速μ子束撞击厚实的活性靶材。" 这篇研究论文详细介绍了M3实验，这是一个旨在解决μ子磁矩异常（g-2）μ问题以及寻找暗物质迹象的实验设计。μ子磁矩的测量结果与标准模型的预测存在约4σ的偏差，这表明可能存在未被发现的物理现象。为了探索这一异常，研究者提出了一个创新的方法，即通过检测μ子在目标物质中失去大量入射动量但无后续可检测到的电磁或强子活动的事件。 M3实验分为两个阶段，第一阶段将在目标上使用约10^10 μm的μ子束，目的是测试那些可能导致（g-2）μ异常的粒子参数空间。如果这些粒子主要与μ子耦合并进行不可见衰变，那么第一阶段实验就有可能揭示它们的存在。第二阶段则将目标材料增加到约10^13 μm，以覆盖更广泛的预测参数空间，这有助于探测可能与μ子有强耦合并参与GeV级暗物质冻结过程的粒子，如U（1）Lμ-Lτ规范对称性破缺产生的μ-子亲和力。 论文中提到的新方法是针对那些传统实验难以触及的轻粒子，特别是那些主要与μ子相互作用并隐形衰变的粒子。由于这类粒子可能在现有实验中难以直接检测，因此M3实验的缺失动量策略提供了一个独特的探测途径。通过在费米国家加速器实验室进行这样的实验，研究者期望能揭示出关于暗物质的新信息，并可能解决（g-2）μ的谜团。 M3实验是一个旨在探索新物理现象的前沿项目，它利用μ子失踪动量技术来探测可能解释μ子磁矩异常的新型粒子，并可能为我们理解暗物质与常规物质的相互作用提供关键证据。这个实验的实施和结果将对粒子物理学和宇宙学产生深远影响，进一步推动我们对自然界基本力量和组成理解的边界。