8 апреля
Сергей Васильев
2

Аномальное поведение мюонов указало на физику за пределами современных теорий

6.7

Эксперимент Muon g-2 измерил аномальный магнитный момент мюонов, подтвердив, что он не совпадает с расчетным значением. Это отклонение свидетельствует о существовании частиц или взаимодействий, неизвестных в Стандартной модели квантовой механики.

15-метровая кольцевая ловушка в Fermilab
15-метровая кольцевая ловушка в Fermilab / ©Reidar Hahn, Fermilab

Стандартная модель квантовой механики весьма точно описывает поведение элементарных частиц. Однако ее формулы работают далеко не всегда, что может указывать на неполноту теории и существование более глубокой и фундаментальной «новой физики». Одна из таких аномалий — несовпадение прецессии мюонов с самыми точными расчетами. Физики из коллаборации Muon g-2 измерили это отклонение с огромной точностью, подтвердив, что оно существует и, возможно, связано с влиянием еще неизвестных частиц. Об этом ученые пишут в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Мюоны — элементарные частицы, схожие с электронами, но примерно в 200 раз тяжелее них и далеко не такие стабильные. Мюоны также имеют отрицательный заряд и полуцелый (1/2) спин, благодаря чему обладают магнитным моментом. Оказавшись во внешнем магнитном поле, они отклоняются и колеблются (прецессируют), словно крошечные гироскопы. Эта прецессия зависит от массы частицы, ее заряда и g-Фактора — множителя, который определяет разницу между магнитным и механическим моментами частицы.

В вакууме, где происходит постоянное рождение и гибель виртуальных частиц, их присутствие влияет на магнитный момент мюонов и, как следствие, на величину g-Фактора. Стандартная модель квантовой механики позволяет учесть вклад всех известных частиц и рассчитать g-Фактор с огромной точностью. Однако экспериментальные измерения прецессии мюонов слегка не совпадают с предсказаниями теории. Это отклонение известно как проблема аномального магнитного момента мюонов, и считается, что оно может указывать на существование еще неизвестных массивных частиц или взаимодействий.

©Fermilab, Muon g-2 Сollaboration

Так, наиболее точное значение аномального магнитного момента мюонов, полученное в 2020 году, составляет 0,00116591810. В то же время эксперименты, проведенные в Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL), показали величину в 0,00116592080. Новые измерения аномального магнитного момента провели физики из Fermilab. Любопытно, что для этого они использовали магнитное накопительное кольцо из Брукхейвена, которое несколько лет назад перевезли в новую лабораторию и подсоединили к ускорителю частиц в Fermilab специально для измерения аномального магнитного момента мюонов.

Результаты, полученные в ходе эксперимента Muon g-2, подтвердили предыдущие измерения BNL: магнитный момент мюона не совпадает с теоретическими предсказаниями / ©Ryan Postel, Fermilab, Muon g-2 Сollaboration

Во время эксперимента Muon g-2 поток мюонов направлялся в магнитное кольцо. В глубоком вакууме частицы двигались на скорости, близкой к световой, а ученые измеряли их прецессию. В коллаборации приняли участие более 200 специалистов из семи стран, и в течение 2018 года они собрали более восьми миллиардов измерений. Анализ и статистическая обработка этих данных заняли почти два года, и их результаты обнародованы лишь теперь. С учетом предыдущих и новых данных g-Фактор мюонов составляет 2,00233184122, а аномальный магнитный момент равен 0,00116592061.

Величина, полученная благодаря объединению измерений BNL и Fermilab, имеет стандартное отклонение в 4,2 сигма. Шансы на то, что она является результатом случайных флуктуаций, не превышают одного к сорока тысячам. Тем не менее отклонение уже приближается к пяти сигма — «золотому стандарту» физики элементарных частиц, который позволяет с уверенностью говорить об открытии. Ученые уверены, что уже вскоре они преодолеют эту величину.

По их словам, на сегодня завершена обработка лишь примерно шести процентов всей информации, которые должен собрать эксперимент Muon g-2. Продолжается обработка данных второго и третьего запусков системы, параллельно этому идут измерения четвертого запуска. «Уже первые результаты показывают интригующее отклонение от предсказаний Стандартной модели, — говорит один из представителей коллаборации Крис Полли (Chris Polly), — но в ближайшие пару лет мы узнаем массу нового».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 19:51
Мария Азарова

Американские ученые вышли за рамки черт личности классической «Большой пятерки» и рассмотрели их в контексте прогнозирования финансовой успешности.

Позавчера, 05:45
Мария Азарова

Более низкие уровни интерлейкина-6 — маркера системного воспаления — выявили у людей, которые считали, что готовы предоставлять больше поддержки окружающим, чем получать взамен.

Вчера, 20:00
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

Позавчера, 05:45
Мария Азарова

Более низкие уровни интерлейкина-6 — маркера системного воспаления — выявили у людей, которые считали, что готовы предоставлять больше поддержки окружающим, чем получать взамен.

29 ноября
Мария Азарова

Ученые из США представили альтернативный молекулярный механизм образования меланоцитарного невуса, который согласуется как с экспериментальными, так и с клиническими наблюдениями.

30 ноября
Мария Осетрова

Спроектированные искусственным интеллектом и собранные вручную ксеноботы — живые машины из эмбриональных клеток лягушки — теперь могут спонтанно воспроизводить самих себя.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

18 ноября
Ольга Иванова

Группа исследователей из Китая и США выявила дополнительный фактор, который мог способствовать самому крупному вымиранию на планете.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария

Возможно и нет расхождения https://www.math.columbia.edu/~woit/wordpress/?p=12292
08.04.2021
-
0
+
Теперь все понятно.
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: