Аномальное поведение мюонов указало на физику за пределами современных теорий — Naked Science
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.
4 часа назад
Александр Березин

Среди полностью привитых препаратом от центра «Вектор» процент заболевших Covid-19 слабо отличим от процента заболевших среди тех, кто не прошел вакцинацию. В то же время среди привитых другими вакцинами этот показатель в несколько раз ниже, чем среди непривитых.

Позавчера, 13:03
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

6 часов назад
Сергей Васильев

Ученые показали, что удлинение суток ведет к более продуктивному фотосинтезу и, возможно, некогда помогло цианобактериям совершить кислородную революцию на древней Земле.

Позавчера, 13:03
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

28 июля
Василий Парфенов

Компания Microsoft несколько лет назад намеревалась не изменять номер своей основной операционной системы для компьютеров — «десятка» должна была остаться с нами надолго. Однако очередное крупное обновление, по мнению маркетологов, очевидно, оказалось достойно новой цифры в названии ОС. Windows 11 принесет пользователям не только новые функции, улучшения безопасности и быстродействия, а также измененный дизайн, но и лишится некоторых привычных элементов. Хотя если кто-то и расстроится из-за этого, то скучать будет лишь по парочке из них.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[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?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: