Физици от Фермилаб направиха най-прецизното досега измерване на отдавна оспорвана величина - магнитното „колебание“ на елементарна частица, известна като мюон. Донякъде разочароваща новина е, че това измерване е в силно съответствие със Стандартния модел, което означава, че вероятно не крие нова екзотична физика, както някои се надяваха.
Повече за мюона
Мюонът е подобен на електрона, но е около 207 пъти по-масивен. Начинът, по който мюонът се движи в магнитно поле, теоретично би трябвало да е много предсказуем, обобщен в така нареченото жиромагнитно съотношение или g.
В един прост свят стойността на g би трябвало да е хубаво, чисто 2 - но, разбира се, това би било твърде лесно. Магнитният танц на мюона е нещо като аномалия и по същия начин, по който пи е малко над 3, коефициентът g на мюона изглежда е много малко над 2. Колко малко? Само 0,001165920705, според новите резултати от експеримента на Фермилаб „Мюон g-2“. Това измерване включва данни, събрани в продължение на шест години от експерименти с ускорители на частици.
Екипът твърди, че това окончателно число е с точност до 127 частици на милиард. За да представят това ниво на точност в перспектива, изследователите казват, че ако измерите ширината на САЩ до такава степен, ще можете да разберете дали липсва една песъчинка. Но наистина интригуващата част от изследването е мястото, което то оставя за нови сили или частици, които да обяснят аномалното магнитно движение.
Още: Физици потвърдиха съществуването на "огледала на времето"
Нов проект
Свързан проект, наречен Muon g-2 Theory Initiative, си постави за цел да провери какво предвижда Стандартният модел за тази стойност. Включвайки по-широк набор от данни от всякога, последното им изчисление излиза 0,00116592033. Това я поставя изключително близо до стойността, получена с експериментални средства, което оставя много малко пространство за действие на някаква страхотна, екзотична физика.
„Аномалният магнитен момент, или g-2, на мюона е важен, защото осигурява чувствителна проверка на Стандартния модел на физиката на частиците“, казва Регина Рамейка, физик експериментатор в Службата за физика на високите енергии към Министерството на енергетиката на САЩ.
Тъй като мюонът се върти в магнитно поле, неговите полюси трябва да се изравнят с полето. Оказва се, че това не е така - вместо това той се колебае съвсем леко, подобно на небалансирана въртяща се топка. И ако това колебание е особено силно, това може да означава, че мюонът е побутван от невидими, неизвестни частици.
Вакуумът никога не е истински празен - благодарение на квантовите флуктуации двойки виртуални частици постоянно се появяват и изчезват. Тези кратки пришълци в нашата реалност могат да влияят на други близки частици по различни начини.
Благодарение на относителната си тежест мюонът е особено чувствителен към влиянието на виртуалните частици. Така че чрез точно измерване на това колко мюонът се колебае извън очаквания диапазон, физиците биха могли да изчислят свойствата на тези мистериозни виртуални частици, като потенциално разкрият нова област на физиката отвъд Стандартния модел. Хипотетичните обяснения биха могли да включват тъмни фотони или суперсиметрия.
От десетилетия g-факторът на мюона е очарователен трън в очите на физиците. Сигналите, че нещо не е наред, се появиха през 2001 г., когато първата версия на експеримента с мюонния фактор g-2 разкри голямо разминаване между теорията и практиката.
Още: Ново обяснение на гравитацията е стъпка към "Теорията на всичко"
Допълнителните експерименти през изминалите десетилетия доведоха до все по-точни измервания, като същевременно се усъвършенстваха и техниките за изчисляване на предсказанията на Стандартния модел. И все пак остана едно несъответствие.
Настоящата версия на експеримента Muon g-2 беше пусната през 2018 г., като всяка година до 2023 г. ще провежда нови експерименти. Данните от първите три експеримента бяха публикувани на две партиди, като всяка от тях изглеждаше, че насочва все повече към нова физика.
Последното измерване включва данни от цели шест опита, което е повече от три пъти повече от набора данни, използван за последното издание. Тези данни са не само по-многобройни, но и по-качествени, като се използват предимствата на подобренията, направени в оборудването.
За съжаление на онези, които се надяват да добавят няколко допълнителни глави към учебниците си по физика, изглежда, че в този случай всичко е както трябва. Това обаче не означава, че знаем всичко - тъмната материя и дори гравитацията все още не се вписват в Стандартния модел, така че все още има много дупки за попълване.
Изследването е публикувано в списание Physical Review Letters.
