Растущая надежда на новую физику

Сегодня Muon g-2 наконец-то опубликовала долгожданный первый результат измерения аномального магнитного момента мюона, точной величины, которая предлагает физикам одно из самых многообещающих средств для проверки предсказаний реальной Стандартной модели физики элементарных частиц. . Измеренное значение, которое является более точным, чем все предыдущие значения, усиливает свидетельство появления новой физики за пределами Стандартной модели и, следовательно, существования ранее неизвестных частиц или сил. Результат был представлен на онлайн-семинаре в Fermilab (FNAL) и опубликован в четырех научных статьях.


«В 2014 году я начал работать над экспериментом с мюоном g-2 в качестве научного сотрудника Вашингтонского университета в Сиэтле», — говорит профессор Мартин Фертл, который проводил исследования в области физики низкоэнергетических частиц в PRISMA +. Cluster of Excellence с 2019 года. «Вот почему сегодня поистине особенный день. Теперь мы можем объявить первый результат, а также заявить, что этот результат открыл дверь еще шире в ранее неизвестную физику».

Новое экспериментальное значение аномального магнитного момента мюона, опубликованное сегодня, равно a (FNAL) = 116 592 040 (54) x 10 ^ (- 11) с относительной погрешностью 460 частей на миллиард. В сочетании с результатами эксперимента в Брукхейвенской национальной лаборатории, завершенного более 20 лет назад, новое экспериментальное среднее значение составляет a (Exp., Avg) = 116 592 061 (41) x 10 ^ (- 11). Это контрастирует с теоретическим предсказанным значением, полученным из Стандартной модели a (Theor.) = 116 591 810 (43) x 10 ^ (- 11). Физики классифицируют разницу между этими двумя значениями как 4,2 стандартных отклонения. Другими словами, того, что это несоответствие между экспериментом и теорией является случайным, составляет 0,0025 процента (1 из 40 000). Физики считают, что открытие — в данном случае Стандартной модели — было сделано, когда вероятность составляет менее 0,00005 процента, что соответствует 5 стандартным отклонениям.

Многочисленные вклады Майнца — как экспериментальные, так и теоретические.

Рабочая группа PRISMA + Мартина Фертла — единственная в Германии, которая участвует в коллаборации Muon g-2 в экспериментальном качестве. Сотрудничество «count erpart» — это «Инициатива по теории мюонов g-2», всемирная ассоциация, в которую входят более 130 физиков, работающих над теоретическим предсказанием в рамках Стандартной модели. Инициатива была создана в 2017 году как средство объединения усилий для значительного уменьшения неопределенности прогнозируемого значения аномального магнитного момента мюона. «Только в прошлом году мы впервые установили общий стандарт и согласовали новую теоретическую ценность во всем мире», — говорит профессор Хартмут Виттиг, физик-теоретик, а также представитель кластера передового опыта PRISMA +. «Наша цель — параллельно с экспериментом продолжать уточнять и теоретические предсказания». Физики из PRISMA + вносят здесь решающий вклад — от измерения экспериментальных входных величин до высокоточного расчета вкладов сильного взаимодействия с использованием методов решеточной квантовой хромодинамики на суперкомпьютере MOGON-II, расположенном в Майнце.

Видит ли эксперимент что-то, чего не предсказывает теория?

Впервые расхождение в 3,7 стандартных отклонения возникло при сравнении теоретического предсказания с результатами эксперимента в Брукхейвенской национальной лаборатории, упомянутого выше. За прошедшие с тех пор 20 лет целью всемирных исследований было установить, является ли это отклонение «реальным» или «просто» результатом систематической неопределенности в теории и эксперименте. Текущий эксперимент Muon g-2 был разработан для более точного измерения магнитных свойств мюона, чем когда-либо прежде. В коллаборации Muon g-2 участвуют более 200 ученых из 35 институтов семи стран.

Мюон — тяжелый брат электрона и живет всего одну миллионную доли секунды. Он обладает магнитным моментом, своего рода миниатюрным внутренним стержневым магнитом. Он также обладает квантово-механическим угловым моментом, называемым спином, подобно вращающемуся волчку. G-фактор — это отношение наблюдаемой силы магнита к простой оценке, основанной на электрическом заряде, массе и спине мюона. Название эксперимента «Мюон g-2» основано на том факте, что «g» мюона всегда немного отклоняется — примерно на 0,1 процента — от простого предсказания, что g = 2. Эту аномалию принято называть аномальным магнитным моментом мюона (a = (g-2) / 2). Эксперимент «Мюон g-2» измеряет вращения «стрелки внутреннего компаса» мюонов в магнитном поле, а также само , и исходя из этого он может определить аномальный магнитный момент. Мюонный пучок генерируется в мюонном кампусе FNAL специально для эксперимента — он обладает невиданной ранее чистотой.

Уже измерено более восьми миллиардов мюонов

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments