Магнитный момент мюона идеально подходит

Новая оценка силы магнитного поля вокруг мюона — субатомной частицы, похожей на электрон, но более тяжелой, чем он, — сокращает разрыв между теорией и экспериментальными измерениями, приводя ее в соответствие со стандартной моделью, которая имеет управляемая элементарных частиц на протяжении десятилетий.


Статья с описанием исследования международной группы ученых появится в журнале 8 апреля г. .

Двадцать лет назад в эксперименте в Брукхейвенской национальной лаборатории физики обнаружили, казалось бы, несоответствие между измерениями «магнитного момента» мюона — силой его магнитного поля — и теоретическими расчетами того, каким должно быть это измерение, дразнящая возможность существования физических частиц или сил, которые еще не открыты. Новое открытие уменьшает это несоответствие, предполагая, что магнетизм мюона, вероятно, вовсе не загадочен. Чтобы достичь этого результата, вместо того, чтобы полагаться на экспериментальные данные, исследователи смоделировали каждый аспект своих вычислений с нуля — задача, требующая огромных суперкомпьютерных мощностей.

«Большинство явлений в природе можно объяснить с помощью того, что мы называем« стандартной моделью »физики элементарных частиц», — сказал Золтан Фодор, профессор физики Университета Пенсильвании и руководитель исследовательской группы. «Мы можем предсказать свойства частиц чрезвычайно точно, основываясь только на этой теории, поэтому, когда теория и эксперимент не совпадают, мы можем быть взволнованы тем, что, возможно, нашли что-то новое, что-то за пределами стандартной модели».

Для открытия новой физики, выходящей за рамки стандартной модели, среди физиков существует консенсус, что расхождение между теорией и измерениями должно достигать пяти сигм — статистической меры, которая соответствует вероятности примерно 1 из 3,5 миллиона.

В случае мюона измерения его магнитного поля отклонились от существующих теоретических предсказаний примерно на 3,7 сигма. Интригует, но недостаточно, чтобы заявить об открытии нового нарушения правил физики. Итак, исследователи намеревались улучшить как измерения, так и теорию в надежде либо согласовать теорию и измерения, либо увеличить сигму до уровня, который позволил бы объявить об открытии новой физики.

«Существующая теория для оценки силы магнитного поля мюона основывалась на экспериментальных измерениях электрон-позитронной аннигиляции», — сказал Фодор. «Чтобы иметь другой подход, мы использовали полностью проверенную теорию, которая была полностью независима от экспериментальных измерений. Мы начали с довольно простых уравнений и построили всю оценку с нуля».

Новые вычисления потребовали сотен миллионов часов CPU в нескольких суперкомпьютерных центрах в Европе и привели теорию в соответствие с измерениями. Однако на этом история еще не закончилась. Вскоре ожидаются новые, более точные экспериментальные измерения магнитного момента мюона.

«Если наши расчеты верны и новые измерения не меняют историю, похоже, что нам не нужна для объяснения магнитного момента мюона — она ​​следует правилам стандартной модели», — сказал Фодор. «Хотя перспектива новой физики всегда заманчива, также интересно видеть, как теория и эксперимент совпадают. Это демонстрирует глубину нашего понимания и открывает новые возможности для исследований».

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments