Мюон g-2: забележително изследване предизвикателство за правилата на физиката на елементарните частици

Стандартният модел е строга теория, която предсказва поведението на градивните елементи на Вселената.

Концепцията на художника за мистерията на магнитния момент на мюона. (Източник: Dani Zemba, Pennsylvania State University)

Новопубликуваните резултати от международен експеримент намекват за възможността нова физика да управлява законите на природата, твърдят учени. Резултатите от експеримента, който изследва субатомна частица, наречена мюон , не съвпадат с прогнозите на Стандартния модел, на който се основава цялата физика на елементарните частици, и вместо това потвърждават несъответствието, което е било открито в експеримент преди 20 години. С други думи, физиката, която познаваме, не може сама да обясни измерените резултати. Изследването е публикувано в списанието Physical Review Letters.

бюлетин| Кликнете, за да получите най-добрите обяснения за деня във входящата си кутия

Какво представлява стандартният модел?

Стандартният модел е строга теория, която предсказва поведението на градивните елементи на Вселената. Той излага правилата за шест вида кварки, шест лептона, бозона на Хигс, три фундаментални сили и как се държат субатомните частици под въздействието на електромагнитни сили.

Мюонът е един от лептоните. Той е подобен на електрона, но 200 пъти по-голям и много по-нестабилен, като оцелява за част от секундата. Експериментът, наречен Muon g–2 (g минус две), е проведен в Националната ускорителна лаборатория Fermi на Министерството на енергетиката на САЩ (Fermilab).

За какво беше този експеримент?

Той измерва количество, свързано с мюона, след предишен експеримент в Националната лаборатория в Брукхейвън, към Министерството на енергетиката на САЩ. Приключен през 2001 г., експериментът Брукхейвън доведе до резултати, които не съвпадат идентично с прогнозите от Стандартния модел.

Експериментът Muon g-2 измерва това количество с по-голяма точност. Тя се опита да разбере дали несъответствието ще продължи или дали новите резултати ще бъдат по-близо до прогнозите. Както се оказа, отново има разминаване, макар и по-малко.

ПРИСЪЕДИНИ СЕ СЕГА :Телеграмният канал Express Explained

Какво количество е измерено?

Нарича се g-фактор, мярка, която произтича от магнитните свойства на мюона. Тъй като мюонът е нестабилен, учените изследват ефекта, който оставя след себе си върху заобикалящата го среда.

Мюоните действат така, сякаш имат малък вътрешен магнит. В силно магнитно поле посоката на този магнит се люлее - точно като оста на въртящ се връх. Скоростта, с която мюонът се люлее, се описва от g-фактора, количеството, което е измерено. Известно е, че тази стойност е близка до 2, така че учените измерват отклонението от 2. Оттук и името g–2.

G-факторът може да бъде изчислен прецизно с помощта на стандартния модел. В експеримента g-2 учените го измерват с високоточни инструменти. Те генерираха мюони и ги караха да циркулират в голям магнит. Мюоните също взаимодействаха с квантова пяна от субатомни частици, които се появяват и изчезват, както го описва Фермилаб. Тези взаимодействия влияят на стойността на g-фактора, което кара мюоните да се люлеят малко по-бързо или малко по-бавно. Точно колко ще бъде това отклонение (това се нарича аномален магнитен момент) също може да се изчисли със стандартния модел. Но ако квантовата пяна съдържа допълнителни сили или частици, които не се отчитат от Стандартния модел, това ще промени допълнително g-фактора.

Какви бяха констатациите?

Резултатите, макар и да се различават от прогнозата на стандартния модел, са силно съгласни с резултатите от Брукхейвън, каза Фермилаб.

Приетите теоретични стойности за мюона са:
g-фактор: 2,00233183620
аномален магнитен момент: 0,00116591810

Новите експериментални резултати (комбинирани от резултатите от Brookhaven и Fermilab), обявени в сряда, са:
g-фактор: 2,00233184122
аномален магнитен момент: 0,00116592061.

Какво означава това?

Резултатите от Brookhaven, а сега и Fermilab, намекват за съществуването на неизвестни взаимодействия между мюона и магнитното поле - взаимодействия, които биха могли да включват нови частици или сили. Това обаче не е последната дума за отваряне на пътя към новата физика.

За да претендират за откритие, учените изискват резултати, които се различават от стандартния модел с 5 стандартни отклонения. Комбинираните резултати от Fermilab и Brookhaven се разминават с 4,2 стандартни отклонения. Въпреки че това може да не е достатъчно, е много малко вероятно да е случайност - този шанс е около 1 на 40 000, каза в прессъобщение Националната лаборатория в Аргон, също към Министерството на енергетиката на САЩ.

Това е силно доказателство, че мюонът е чувствителен към нещо, което не е в нашата най-добра теория, каза Рене Фатеми, физик от университета в Кентъки и мениджър на симулации за експеримента Muon g-2, в изявление, публикувано от Fermilab.

Споделете С Приятелите Си: