• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
18.04.2023, 16:32
Егор Быковский
5 828

Удачный эксперимент на новосибирском электрон-позитронном коллайдере отодвинул границу «новой физики»

❋ 8.0

Российские физики из Института ядерной физики СО РАН сразу в четыре раза ослабили проблему аномального магнитного момента мюона — одну из острейших проблем современной физики.

Комплекс ВЭПП-4 – ВЭПП / ©ИЯФ СО РАН / Автор: Messiena Lucretius

Специалисты из Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) провели измерение вероятности рождения пары пионов в результате столкновения пучков электронов и позитронов. Эксперименты проводили с помощью детектора КМД-3 на коллайдере ВЭПП-2000 с 2013 по 2020 год. Рекордный объем набранных данных позволил провести очень детальное измерение. Результат стал сюрпризом: как показывают исследования новосибирских физиков, вероятность рождения пары пионов в результате столкновения пучков электронов и позитронов куда выше, чем данные, которые ученые в мире получали последние 60 лет.

Дело в том, что вероятность рождения пионов используется для расчета вклада в аномальный магнитный момент мюона (АМММ). Магнитный момент отражает силу взаимодействия частицы с магнитным полем. Аномальный магнитный момент возникает в результате взаимодействия частицы с короткоживущими ненаблюдаемыми, или виртуальными, частицами. Величина АМММ предсказывается с высокой точностью Стандартной моделью — существующей теорией, описывающей физику микромира. Именно в этом расчете используется вероятность рождения пионов.

В последние годы АМММ был измерен с высокой точностью, и результаты измерений отличались от значения, предсказанного Стандартной моделью. Это отличие вызвало огромный интерес научного сообщества, так как указывало на существование Новой физики — явлений (частиц и сил), не описываемых Стандартной моделью.

В результате многолетнего измерения вероятности рождения пары пионов в электрон-позитронной аннигиляции, то есть в процессе взаимного исчезновения и рождения новых частиц, физики ИЯФ СО РАН примерно в четыре раза сократили наблюдаемое различие между экспериментальным значением АМММ и предсказанием СМ. Новый результат вместе с детальным описанием эксперимента опубликован в arxiv.org.

Аномальный магнитный момент есть у любой заряженной частицы, но наиболее интересно его изучать именно у мюона. На пресс-конференции в ИЯФ СО РАН, состоявшейся 18 апреля, заместитель директора ИЯФ СО РАН по научной работе доктор физико-математических наук Иван Логашенко пояснил: «Плюс мюона в том, что физики умеют получать эти частицы в большом количестве, а также в том, что они живут относительно долго — целых две микросекунды. Частица представляет собой небольшой магнитик, он проворачивается в магнитном поле, и по углу его поворота измеряется величина АММ. Если частица короткоживущая, как, например, тау-лептон, АММ которого тоже было бы очень интересно измерить, она успевает повернуться на очень маленький угол до того, как умирает (распадается). А вот мюон, напротив, успевает сделать десятки полных оборотов, поэтому величину АММ мюона можно измерить очень хорошо. С еще большей точностью, приблизительно в 1000 раз, измеряют АММ электрона, который живет бесконечно долго. Но тут в дело вступает еще одно преимущество мюона — он в 200 раз тяжелее электрона, и его АММ гораздо чувствительнее, примерно в 40 тысяч раз, к вкладу тяжелых частиц. Поэтому именно для мюона интереснее всего сравнить величину АММ, измеренную в эксперименте, с предсказанием Стандартной модели. Если мы увидим отличие, то это указывает на Новую физику: что существуют какие-то силы и частицы, которые вносят свой вклад в АММ и которые мы не учитываем в Стандартной модели».

«Мы не понимаем, почему у нас получился результат, который так отличается от результатов всех наших коллег. Мы в нашем результате уверены, провели огромное количество очень тщательных проверок. Но и прошлые измерения проводили очень серьезные научные группы, и тоже их тщательно проверяли. Предстоит еще понять, что отличает наши измерения от всех остальных», ― добавил Иван Логашенко.

На вопрос корреспондента Naked Science, в какой все же степени результат эксперимента закрывает вопрос существования Новой физики, Логашенко ответил: «Вся проблема ― в точности измерения. Чем тяжелее частицы, которые мы еще не открыли, тем они дают меньший вклад в аномальный магнитный момент мюона. Поэтому наша разрешающая способность ― то, до каких энергий мы увидим вклад гипотетических частиц ― зависит от точности измерений. С той точностью, которую мы измерили, ― да, отчасти закрывает. Мы уже можем сказать, что не может быть частиц легче определенной массы. Но частицы с большой массой могут быть!»

Параметров детектора КМД-3 хватило, чтобы достигнуть систематической неопределенности в измерении пионного форм-фактора, равной 0,7 процента. Этого оказалось достаточно, чтобы обнаружить, что новый форм-фактор слегка отличается в большую сторону от пионных форм-факторов, измеренных в предыдущих экспериментах. Найденные в диапазоне от 0,6 до 0,75 гигаэлектронвольта расхождения составили всего в пять процентов, но эта разница существенна при оценке вкладов от рождения пионов в аномальный магнитный момент мюона. Если опираться на новый форм-фактор, то расхождение между Стандартной моделью и экспериментом для этой величины уменьшается примерно в четыре раза. Значит, расчеты магнитного момента в пределах Стандартной модели теперь сходятся с экспериментом.

Значение аномального магнитного момента мюона, измеренное по совокупности всех экспериментов (фиолетовый) и вычисленное в рамках Стандартной модели (зеленый). Работа новосибирских физиков приближает экспериментальные данные к «стандартным» (желтый) / © Коллаборация КМД-3

«Конечно, наш последний анализ не закроет полностью вопрос изучения АМММ. Необходимо и дальше проводить эксперименты с лучшей точностью, чтобы подтвердить собственные измерения. Также необходимы независимые эксперименты для верификации полученного результата. Например, в Японии на Belle II уже набирают данные для измерения вероятности рождения двух пионов в электрон-позитронной аннигиляции. В будущем и в ИЯФ продолжится работа по повышению точности эксперимента. Думаю, в ближайшие пять-десять лет у нас появится точное понимание, согласуются наши значения или же расходятся, свидетельствуя о Новой физике», — так прокомментировал это открытие старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Федор Игнатов.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
18 июля, 12:44
ПНИПУ

Борщевик занимает почти 300 тысяч гектаров в 39 регионах России. Известно о 12 нижегородцах, восьми петербуржцах и двух москвичах, пострадавших от вредителя этим летом. У некоторых ожоги составляют от 30 до 80% тела. На этой неделе Госдума приняла закон и обязала землевладельцев бороться с этим опасным растением. Но, помимо борщевика, есть и другие часто встречающиеся и почти настолько же токсичные представители флоры, о которых мы почти ничего не знаем. Ученые Пермского Политеха рассказали, можно ли прикасаться к борщевику ночью, как безобидный ландыш может привести к летальному исходу, а чистотел к отказу почек, и что будет если съесть мед, собранный с ядовитых растений.

17 июля, 18:11
Юлия Тарасова

Новое исследование показало, что реакция псов на объекты и звуки с ТВ-экранов варьируется в зависимости от характера и психологических особенностей питомцев. По мнению специалистов, знание этих деталей может пригодиться при разработке коррекционных программ для собак с проблемным поведением.

18 июля, 11:48
Юлия Тарасова

Не секрет, что занятия спортом под музыку приятнее и помогают повысить продуктивность тренировок. В новом исследовании итальянские ученые на примере силовых упражнений показали, какая именно музыка лучше подходит для таких целей.

12 июля, 22:10
Редакция Naked Science

Лето 2025 обещает насыщенную линейку научно-фантастических сериалов на ведущих стриминговых платформах. От адаптаций культовых романов до масштабных космических одиссей — мы отобрали проекты, на которые стоит обратить внимание.

18 июля, 12:44
ПНИПУ

Борщевик занимает почти 300 тысяч гектаров в 39 регионах России. Известно о 12 нижегородцах, восьми петербуржцах и двух москвичах, пострадавших от вредителя этим летом. У некоторых ожоги составляют от 30 до 80% тела. На этой неделе Госдума приняла закон и обязала землевладельцев бороться с этим опасным растением. Но, помимо борщевика, есть и другие часто встречающиеся и почти настолько же токсичные представители флоры, о которых мы почти ничего не знаем. Ученые Пермского Политеха рассказали, можно ли прикасаться к борщевику ночью, как безобидный ландыш может привести к летальному исходу, а чистотел к отказу почек, и что будет если съесть мед, собранный с ядовитых растений.

15 июля, 12:45
ПНИПУ

В условиях отсутствия связи (шахты, горы, тайга) критически важна надежная передача данных. Ученые Пермского Политеха разработали цифровую радиостанцию, устойчивую к помехам и физическим препятствиям, включая бетонные стены. Устройство передает данные в двух сетях MANET одновременно, обеспечивая скорость до 300 кбит/с (низкоскоростной канал) и 54 Мбит/с (высокоскоростной). Рация работает как ретранслятор и узел сети, что делает ее незаменимой для спасателей, промышленности и туристов. Ключевые преимущества разработки: помехоустойчивость, дальность связи до 30 километров и работа при -25°C до +55 градусов Цельсия.

25 июня, 15:19
ФизТех

Группа российских ученых из Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН и МФТИ провела детальное численное исследование источников шума, генерируемых крылом прототипа сверхзвукового бизнес-джета в режиме посадки. Эта работа, сочетающая передовые методы вычислительной гидродинамики и аэроакустики, впервые позволила с высокой точностью локализовать и охарактеризовать основные зоны шумообразования вблизи полноразмерной геометрии крыла модели прототипа сверхзвукового пассажирского самолета в посадочной конфигурации.

2 июля, 11:17
Юлия Тарасова

Результаты эксперимента в США в будущем могут позволить добиться разрешения на использование отработанной конопли в качестве кормовой добавки в животноводстве.

12 июля, 22:10
Редакция Naked Science

Лето 2025 обещает насыщенную линейку научно-фантастических сериалов на ведущих стриминговых платформах. От адаптаций культовых романов до масштабных космических одиссей — мы отобрали проекты, на которые стоит обратить внимание.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

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

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Закрыть
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