Мюон g–2: знакові дослідження кидають виклик правилам фізики елементарних частинок

Стандартна модель — це сувора теорія, яка передбачає поведінку будівельних блоків Всесвіту.

Уявлення художника про таємницю магнітного моменту мюона. (Джерело: Дані Земба, Університет штату Пенсільванія)

Нещодавно опубліковані результати міжнародного експерименту натякають на можливість нової фізики, яка керує законами природи, кажуть вчені. Результати експерименту, які вивчали субатомна частинка, яка називається мюон , не збігаються з прогнозами Стандартної моделі, на якій базується вся фізика елементарних частинок, і натомість підтверджують розбіжність, яка була виявлена ​​в експерименті 20 років тому. Іншими словами, відома нам фізика не може сама пояснити виміряні результати. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters.

Інформаційний бюлетень| Натисніть, щоб отримати найкращі пояснення за день у папку 'Вхідні'.

Що таке стандартна модель?

Стандартна модель — це сувора теорія, яка передбачає поведінку будівельних блоків Всесвіту. Він викладає правила для шести типів кварків, шести лептонів, бозона Хіггса, трьох фундаментальних сил і того, як поводяться субатомні частинки під впливом електромагнітних сил.

Мюон є одним з лептонів. Він подібний до електрона, але в 200 разів більший і набагато нестабільніший, виживає на частку секунди. Експеримент під назвою Muon g–2 (g мінус два) проводився в Національній прискорювальній лабораторії Фермі (Fermilab) Міністерства енергетики США.

Про що був цей експеримент?

Він виміряв кількість, що відноситься до мюона, за результатами попереднього експерименту в Брукхейвенській національній лабораторії при Міністерстві енергетики США. Завершений у 2001 році експеримент Брукхейвена приніс результати, які не збігаються з прогнозами Стандартної моделі.

Експеримент Muon g–2 виміряв цю величину з більшою точністю. Він намагався з’ясувати, чи збережеться розбіжність, чи нові результати будуть ближчими до прогнозів. Як виявилося, знову виникла невідповідність, хоча й менша.

ПРИЄДНУЙСЯ ЗАРАЗ :Телеграм-канал Express пояснив

Яку кількість виміряли?

Він називається g-фактором, мірою, яка випливає з магнітних властивостей мюона. Оскільки мюон нестабільний, вчені вивчають вплив, який він залишає на оточення.

Мюони діють так, ніби вони мають крихітний внутрішній магніт. У сильному магнітному полі напрямок цього магніту коливається — так само, як вісь дзиги. Швидкість, з якою мюон коливається, описується g-фактором, величиною, яка була виміряна. Відомо, що це значення близьке до 2, тому вчені вимірюють відхилення від 2. Звідси назва g–2.

G-фактор можна точно розрахувати за допомогою Стандартної моделі. В експерименті g–2 вчені вимірювали його за допомогою високоточних приладів. Вони генерували мюони і змушували їх циркулювати у великому магніті. Мюони також взаємодіяли з квантовою піною з субатомних частинок, які з’являються і зникають, як описав це Фермілаб. Ці взаємодії впливають на значення g-фактора, змушуючи мюони коливатися трохи швидше або трохи повільніше. Скільки буде це відхилення (це називається аномальним магнітним моментом), також можна розрахувати за допомогою Стандартної моделі. Але якщо квантова піна містить додаткові сили або частинки, які не враховуються Стандартною моделлю, це буде ще більше налаштувати g-фактор.

Які були висновки?

Результати, хоча і відрізняються від передбачення стандартної моделі, повністю узгоджуються з результатами Брукхейвена, сказав Фермілаб.

Прийняті теоретичні значення для мюона:
g-фактор: 2,00233183620
аномальний магнітний момент: 0,00116591810

Нові експериментальні результати (об’єднані з результатів Брукхейвена і Фермілабораторії), оголошені в середу:
g-фактор: 2,00233184122
аномальний магнітний момент: 0,00116592061.

Що це означає?

Результати Брукхейвена, а тепер і Fermilab, натякають на існування невідомих взаємодій між мюоном і магнітним полем — взаємодій, які можуть залучати нові частинки або сили. Однак це не останнє слово, яке відкриває шлях до нової фізики.

Щоб заявити про відкриття, вченим потрібні результати, які відрізняються від стандартної моделі на 5 стандартних відхилень. Об’єднані результати Фермілаб і Брукхейвена розходяться на 4,2 стандартних відхилення. Хоча цього може бути недостатньо, малоймовірно, що це випадковість — цей шанс становить приблизно 1 до 40 000, йдеться у прес-релізі Аргонської національної лабораторії, яка також підпорядковується Міністерству енергетики США.

Це вагомий доказ того, що мюон чутливий до чогось, що не відповідає нашій найкращій теорії, сказала Рене Фатемі, фізик з Університету Кентуккі і менеджер із моделювання експерименту Muon g-2, у заяві, опублікованій Fermilab.

Поділіться Зі Своїми Друзями: