Измерение пока самое точное, но теоретические прогнозы неоднозначны
Мюоны могут вести себя не так, как ожидалось. Но ученые не могут договориться о том, чего ожидать.
Проанализировав, как субатомные частицы колеблются в магнитном поле, физики определили свойство внутреннего магнита мюона с большей точностью, чем когда-либо прежде, сообщили исследователи из эксперимента Muon g−2 10 августа на семинаре, организованном Fermilab в Батавии, Иллинойс.
Предыдущие измерения мюонного магнетизма не соответствовали теоретическим предсказаниям. Эти предсказания исходят из одной из самых важных и тщательно проверенных научных теорий, когда-либо разработанных, стандартной модели физики элементарных частиц, которая описывает субатомные частицы и силы, которые их связывают.
Многие физики надеялись, что несоответствие мюонов может указывать на недостаток в надежной теории, которая могла бы привести к лучшему пониманию Вселенной. Но несколько недавних научных сюрпризов спутали теоретическое предсказание силы крошечного магнита мюона, затрудняя понимание того, указывает ли измерение на новую физику или на нерешенную проблему с предсказанием.
Измерения мюонного магнетизма уже давно намекали на неизвестные частицы
Мюоны принадлежат к тому же семейству частиц, что и электроны, но примерно в 200 раз массивнее. Эти короткоживущие частицы ведут себя как миниатюрные магниты, каждая со своим собственным магнитным полем. Сила этого магнита регулируется странным эффектом квантовой физики. Пустое пространство заполнено постоянным потоком частиц, которые временно появляются, прежде чем исчезнуть из существования. Известные как “виртуальные” частицы, они оказывают вполне реальные эффекты. Эти переходные частицы изменяют силу магнита мюона на величину, которая может быть рассчитана в соответствии со стандартной моделью.
Точное значение этого изменения, известное как аномальный магнитный момент, или “g−2” в физических уравнениях, — вот что сбило физиков с толку.
Заманчиво, что неизвестные науке частицы могут изменять значение g−2, которое измеряют ученые. Таким образом, предыдущие намеки на несогласие с предсказаниями стандартной модели вызвали шумиху среди физиков.
“На поведение мюонов, которое мы измеряем, влияют все силы и частицы во Вселенной”, - говорит исследователь мюона g−2 Бринн Маккой, физик из Вашингтонского университета в Сиэтле. “По сути, это дает нам прямое представление о том, как устроена Вселенная”.
Первое указание на несоответствие между предсказанием и измерениями g−2 появилось в результате эксперимента в Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптоне, штат Нью-Йорк, завершенного более двух десятилетий назад (SN: 15.02.01). Затем, в 2021 году, эксперимент Muon g−2, основанный в Fermilab, сообщил о своих первых результатах, подтверждающих несоответствие (SN: 4/7/21).
Теперь мюонный g−2 удвоил свою точность при обновленном измерении магнетизма, сообщили исследователи на семинаре в Fermilab и в статье, опубликованной 10 августа на веб-сайте коллаборации Muon g−2.
“Достижение такого уровня точности действительно беспрецедентно и действительно впечатляет”, - говорит физик Карлос Вагнер из Чикагского университета, который не принимал участия в эксперименте. “Я просто в восторге”. Новое измерение включает в себя в четыре раза больше данных, чем предыдущее, помимо других улучшений, которые повысили точность.
Ученые стремятся сравнить это измеренное значение с предсказанием стандартной модели. Но определить, что именно предсказывает стандартная модель, сложно.
Подпишись, чтобы всегда быть в курсе.