Muon g–2: studie mezníku zpochybňuje pravidla částicové fyziky

Standardní model je rigorózní teorie, která předpovídá chování stavebních kamenů vesmíru.

Umělcovo pojetí záhady magnetického momentu mionu. (Zdroj: Dani Zemba, Pennsylvania State University)

Nově zveřejněné výsledky mezinárodního experimentu naznačují možnost nové fyziky řídit přírodní zákony, říkají vědci. Výsledky experimentu, který studoval subatomární částice zvaná mion , neodpovídají předpovědím Standardního modelu, na kterém je založena veškerá částicová fyzika, a místo toho znovu potvrzují nesrovnalost, která byla zjištěna v experimentu před 20 lety. Jinými slovy, fyzika, kterou známe, nemůže sama vysvětlit naměřené výsledky. Studie byla publikována v časopise Physical Review Letters.

Zpravodaj| Kliknutím dostanete do své doručené pošty nejlepší vysvětlivky dne

Co je standardní model?

Standardní model je rigorózní teorie, která předpovídá chování stavebních kamenů vesmíru. Stanovuje pravidla pro šest typů kvarků, šest leptonů, Higgsův boson, tři základní síly a jak se chovají subatomární částice pod vlivem elektromagnetických sil.

Mion je jedním z leptonů. Je podobný elektronu, ale je 200krát větší a mnohem nestabilnější, přežije zlomek sekundy. Experiment nazvaný Muon g–2 (g minus dva) byl proveden ve Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) amerického ministerstva energetiky.

O čem tento experiment byl?

Měřila množství vztahující se k mionu v návaznosti na předchozí experiment v Brookhaven National Laboratory pod americkým ministerstvem energetiky. Brookhavenský experiment, uzavřený v roce 2001, přišel s výsledky, které se neshodovaly s předpovědí standardního modelu.

Experiment Muon g–2 změřil tuto veličinu s větší přesností. Snažila se zjistit, zda nesrovnalost přetrvá, nebo zda se nové výsledky přiblíží předpovědím. Jak se ukázalo, opět zde byl rozpor, i když menší.

PŘIDEJ SE TEĎ :Express Explained Telegram Channel

Jaké množství bylo měřeno?

Nazývá se g-faktor, míra, která se odvozuje od magnetických vlastností mionu. Protože je mion nestabilní, vědci studují vliv, který zanechává na své okolí.

Miony se chovají, jako by měly malý vnitřní magnet. V silném magnetickém poli se směr tohoto magnetu kolébá – stejně jako osa rotopedu. Rychlost, kterou mion kolísá, je popsána g-faktorem, veličinou, která byla naměřena. Je známo, že tato hodnota se blíží 2, takže vědci měří odchylku od 2. Odtud název g–2.

G-faktor lze přesně vypočítat pomocí standardního modelu. V experimentu g–2 ji vědci změřili pomocí vysoce přesných přístrojů. Generovaly miony a přiměly je cirkulovat ve velkém magnetu. Miony také interagovaly s kvantovou pěnou subatomárních částic, které se objevovaly a zanikaly, jak to popsal Fermilab. Tyto interakce ovlivňují hodnotu g-faktoru, což způsobuje, že miony kolísají mírně rychleji nebo mírně pomaleji. Jak velká bude tato odchylka (toto se také nazývá anomální magnetický moment), lze vypočítat pomocí standardního modelu. Pokud však kvantová pěna obsahuje další síly nebo částice, které nejsou zohledněny standardním modelem, došlo by k dalšímu vyladění g-faktoru.

Jaká byla zjištění?

Výsledky, i když se liší od předpovědi standardního modelu, silně souhlasí s výsledky z Brookhavenu, řekl Fermilab.

Přijaté teoretické hodnoty pro mion jsou:
g-faktor: 2,00233183620
anomální magnetický moment: 0,00116591810

Nové experimentální výsledky (kombinované z výsledků Brookhaven a Fermilab) oznámené ve středu jsou:
g-faktor: 2,00233184122
anomální magnetický moment: 0,00116592061.

Co to znamená?

Výsledky z Brookhavenu a nyní Fermilabu naznačují existenci neznámých interakcí mezi mionem a magnetickým polem – interakcí, které by mohly zahrnovat nové částice nebo síly. Není to však poslední slovo, které otevírá cestu k nové fyzice.

K tvrzení o objevu vědci požadují výsledky, které se liší od standardního modelu o 5 standardních odchylek. Kombinované výsledky z Fermilabu a Brookhavenu se liší o 4,2 standardní odchylky. I když to nemusí stačit, je velmi nepravděpodobné, že by šlo o náhodu – tato šance je asi 1 ku 40 000, uvedla v tiskové zprávě Argonne National Laboratory, rovněž spadající pod americké ministerstvo energetiky.

To je silný důkaz, že mion je citlivý na něco, co není v naší nejlepší teorii, řekla Renee Fatemi, fyzička z University of Kentucky a manažerka simulací pro experiment Muon g-2, v prohlášení vydaném společností Fermilab.

Sdílej Se Svými Přáteli: