Аномальное поведение мюонов указало на физику за пределами современных теорий — Naked Science
8 минут
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.
Сегодня, 13:02
5 минут
Илья Ведмеденко

Разработчики из Центрального конструкторского бюро «Рубин» провели презентацию концепта ныряющего патрульного корабля «Страж». Предполагается, что он заинтересует иностранных заказчиков.

Сегодня, 09:51
2 минуты
Редакция

12 апреля каждого года — тем более на 60-летний юбилей полета Юрия Гагарина — везде принято что-то писать об этом без преувеличении историческом событии. Но мы думаем, что написали (и напишут) про него достаточно и без нас. Поэтому предлагаем не совсем привычный для нас формат кинохроники.

8 часов назад
5 минут
Мария Кривоченко

Ученые подтвердили, что солярии способствуют появлению меланомы. Самому высокому риску оказались подвержены те, кто выбирает такой способ загара в молодости.

8 апреля
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

Позавчера, 06:49
7 минут
Александр Речкин

12 апреля исполняется 60 лет со дня первого полета человека в космос. В 1961 году советский космонавт Юрий Гагарин на космическом корабле стартовал с космодрома Байконур и впервые в мире совершил орбитальный облет Земли. Полет в околоземном космическом пространстве продлился один час и 48 минут, после чего Гагарин успешно приземлился.

9 апреля
51 минута
Александр Березин

9 апреля 1940 года Германия внезапно напала на Данию и Норвегию — выполнив тем самым планы британского командования, пытавшегося спровоцировать Берлин на такое нападение. Но дальше все пошло не по плану: Германия победила, союзники проиграли. Тем не менее в этой битве выиграли не только немцы. Парадоксальным образом она помешала и англо-французским планам нападения на СССР в 1940 году, что радикально изменило ход и исход всей мировой войны. Попробуем разобраться в деталях.

17 марта
12 минут
Василий Парфенов

Продолжавшееся более пяти лет уголовное дело подошло к завершению: серийного сетевого сексуального маньяка осудили на 75 лет тюремного заключения. Чтобы поймать человека, растлившего 375 несовершеннолетних девушек, потребовалось пойти на беспрецедентные и этически спорные меры: создать вредоносное ПО и подсунуть злоумышленнику видеоловушку со встроенным вирусом.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария

-
0
+
Возможно и нет расхождения https://www.math.columbia.edu/~woit/wordpress/?p=12292
4 дня назад
-
0
+
Теперь все понятно.
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: