Ученые проверяют наше фундаментальное понимание Вселенной, и нам предстоит еще многое узнать.
Что общего у сенсорных экранов, лучевой терапии и термоусадочной пленки? Все они стали возможными благодаря исследованиям физики элементарных частиц. Открытия того, как устроена Вселенная в самом маленьком масштабе, часто приводят к огромному прогрессу в технологиях, которые мы используем каждый день.
Ученые из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) и Национальной ускорительной лаборатории Ферми вместе с сотрудниками из 46 других учреждений и семи стран проводят эксперимент, чтобы проверить наше нынешнее понимание Вселенной. Первый результат указывает на существование неоткрытых частиц или сил. Эта новая физика может помочь объяснить давние научные загадки, а новое понимание добавляет к хранилищу информации, которую ученые могут использовать при моделировании нашей Вселенной и разработке новых технологий.
Эксперимент, Muon g-2 (произносится как Muon g минус 2), следует за экспериментом, который начался в 90-х годах в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США, в ходе которого ученые измерили магнитное свойство фундаментальной частицы, называемой мюоном.
Эксперимент в Брукхейвене дал результат, который отличался от значения, предсказанного Стандартной моделью, лучшим описанием учеными структуры и поведения Вселенной. Новый эксперимент представляет собой воссоздание эксперимента Брукхейвена, созданный для того, чтобы оспорить или подтвердить несоответствие с более высокой точностью.
Стандартная модель очень точно предсказывает g-фактор мюона – значение, которое говорит ученым, как эта частица ведет себя в магнитном поле. Этот g-фактор, как известно, близок к значению два, и эксперименты измеряют его отклонение от двух, отсюда и название Muon g-2.
Эксперимент в Брукхейвене показал, что g-2 отличается от теоретического предсказания на несколько частей на миллион. Эта крохотная разница намекала на существование неизвестных взаимодействий между мюоном и магнитным полем – взаимодействий, которые могут включать новые частицы или силы.
Первый результат нового эксперимента полностью согласуется с результатами Брукхейвена, что усиливает свидетельство того, что предстоит открыть новую физику. Объединенные результаты Фермилаба и Брукхейвена показывают отличие от Стандартной модели при значении 4,2 сигмы (или стандартных отклонений), что немного меньше, чем 5 сигм, которые необходимы ученым, чтобы заявить об открытии, но все же убедительное свидетельство новой физики. Вероятность того, что результаты являются статистическими колебаниями, составляет примерно 1 из 40 000.
Частицы, выходящие за рамки Стандартной модели, могут помочь объяснить загадочные явления в физике, такие как природа темной материи, загадочной и широко распространенной субстанции, о существовании которой физики знают, но еще предстоит обнаружить.