Новый расчет мюона намекает на неизвестную физику, которую еще не видели

 Эксперименты по характерному колебанию тяжеловесного кузена электрона, называемого мюоном, постоянно обнаруживают, что что-то не совсем складывается, указывая путь к неизвестной физике.

Кольцо Muon g-2 в Фермилабе. (Фото: sciencealert.com)

Спустя почти 20 лет после того, как исследователи из Брукхейвенского ускорителя частиц в Нью-Йорке впервые предоставили доказательства аномалии, сотни ученых, работающих с коллаборацией Muon g-2, только что объявили о последнем измерении движения мюона в электромагнитном поле.

Основываясь на довольно значительном количестве свежих данных, собранных с помощью Национальной ускорительной лаборатории Ферми Министерства энергетики США, новый анализ подтверждает разницу между ожиданиями и результатами в 116 592 055 x 10-11.

Это крошечное число, чтобы быть уверенным. Но это может сулить несколько больших новых открытий. А с точностью до 0,2 части на миллион анализ можно сравнить с оценкой расстояния между двумя людьми, находящимися в разных частях США и находящимися на расстоянии менее метра (пары футов).

«Это измерение — невероятное экспериментальное достижение», — говорит Питер Винтер, физик из Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе. «Снижение систематической неопределенности до такого уровня — это большое дело, и мы не ожидали, что достигнем его так скоро».

Мюоны живут в среднем чуть больше пары микросекунд. Но во время этого короткого существования их массивные тела ведут себя во многом как электрон, вращаясь туда-сюда, когда токи электромагнетизма противодействуют тому, что известно как их магнитный момент.

У физиков есть довольно хорошее представление о том, как мюоны должны двигаться в электромагнитном поле. У них даже есть буква, описывающая это движение — г, от гиромагнитного отношения.

На танцполе, где есть только ритм электромагнетизма и движущийся мюон, теоретически можно предсказать каждое отдельное вращение, что дает значение g, равное 2.

К сожалению, квантовый танцпол — довольно хаотичное место, переполненное виртуальными частицами, парящими на грани существования. Это размытие объектов толкает мюон и сбивает его с толку тонкими способами, которые заставляют его бугалу идти наперекосяк.

Их присутствие предполагает, что g должно быть немного больше, чем 2. Логически, вычитание 2 из g должно указывать на сигнатуру всего этого квантового толкания.

Судя по книге, каждый отдельный квантовый незваный гость и его характерные ходы должны иметь место в Стандартной модели. Мы даже можем сложить эти эффекты и учесть их при предсказании истинного движения мюона с помощью одного числа.

Однако это число не совпадает с тем, что обнаружили экспериментаторы в ходе серии экспериментов, проведенных в Брукхейвене около 20 лет назад. И это не то, что исследователи обнаружили, используя оборудование Fermilab в серии столкновений, проведенных в 2018 году.

Несоответствие между ожиданиями и результатами в физике элементарных частиц обычно сводится к одному из трех факторов. Это либо статистический сбой, либо экспериментальная ошибка, либо теоретический пробел.

Из них третья возможность является главным призом — дырой в Стандартной модели, которая жаждет быть заткнутой.

Учитывая, что такие явления, как темная энергия и темная материя, в настоящее время не могут быть легко объяснены с помощью Стандартной модели физики, мы уже подозреваем, что с ней есть некоторые проблемы.

Благодаря тому, что коллаборация Muon g-2 подтвердила номер g-2 на основе нескольких запусков ускорителя частиц Фермилаб в 2019 и 2020 годах, мы можем быть вдвое более уверены в существовании новых частиц и сил, которые нам еще предстоит идентифицировать.

В ближайшие годы сотрудничество объединит результаты прошлых экспериментов с более свежими данными, чтобы создать еще более убедительный аргумент, который может соответствовать высоким стандартам достоверности и навсегда изменить физику.

Источник