Новости Fermilab - Тайна магнетизма мюона - продолжение
2025-03-11 10:59:03
Fermilab Продолжение статьи "The mystery of the muon’s magnetism".
Аномальный магнитный момент представляет собой одновременное комбинированное влияние всех возможных эффектов на электрон. Теоретические модели, описывающие эти виртуальные взаимодействия, успешно описывают магнетизм электронов. Для g-2 электрона теоретические расчеты теперь настолько близко согласуются с экспериментальным значением, что это похоже на измерение окружности Земли с точностью, меньшей, чем ширина человеческого волоса.
Ранние измерения аномального магнитного момента мюона в Колумбийском университете в 1950-х годах и в ЦЕРН в 1960-х и 1970-х годах хорошо согласовывались с теоретическими предсказаниями. Погрешность измерения сократилась с 2% в 1961 году до 0,0007% в 1979 году.
Но затем, в 2001 году, эксперимент Brookhaven Muon g-2 обнаружил нечто странное. Эксперимент был разработан, чтобы повысить точность измерений ЦЕРН и посмотреть на вклад слабого взаимодействия в аномалию. Ему удалось уменьшить планку погрешностей до половины на миллион. Но он также показал крошечное расхождение - менее 3 частей на миллион - между новым измерением и теоретическим значением. На этот раз теоретики не смогли придумать способ пересчитать свои модели, чтобы объяснить это. Ничто в Стандартной модели не могло объяснить разницу.
Это был загадочный физический эквивалент единственного волоса, найденного на месте преступления, с ДНК, которая, похоже, не соответствовала никому, связанному с этим делом. Вопрос - это просто совпадение или действительно важный ключ к разгадке?
В настоящее время физики повторно исследуют эти «волосы» в лаборатории им. Ферми при поддержке Министерства энергетики США, Национального научного фонда и коллабораций Италии, Великобритании, ЕС, Китае, Корее и Германии.
В новом эксперименте «Мюон g-2» пучок мюонов - все их спины указывают в одном направлении - выстреливают в ускоритель (накопительное кольцо). Его сильное магнитное поле удерживает мюоны. Если бы g было ровно 2, то спины мюонов точно следовали бы их импульсу. Но из-за аномального магнитного момента мюоны имеют небольшое дополнительное колебание во вращении их спинов.
Когда мюон распадается на электрон и два нейтрино, электрон стремится вылететь в том направлении, на которое указывал спин мюона. Детекторы внутри кольца улавливают часть электронов, выброшенных мюонами. Регистрация количества и энергии электронов расскажет, на сколько повернулся спин мюона.
Используя тот же магнит из эксперимента в Брукхейвене со значительно лучшими приборами, а также более интенсивный пучок мюонов ускорительного комплекса Фермилаб, исследователи собирают в 21 раз больше данных, чтобы достичь в четыре раза большей точности.
Эксперимент может подтвердить наличие несоответствия или не найти расхождений или найти что-то среднее, оставив дело нераскрытым.
Есть основания полагать, что происходит что-то, о чем нам не сообщила Стандартная модель. Стандартная модель - это удивительно последовательное объяснение почти всего, что происходит в субатомном мире. Но в физике все еще есть ряд нерешенных загадок, которые она не решает. Например, темная материя составляет около 27% Вселенной. Но ученые до сих пор не знают ее состав. Стандартная модель также не может объяснить массу бозона Хиггса, которая на удивление мала. Если эксперимент Fermilab Muon g-2 определит, что что-то за пределами Стандартной модели - например, неизвестная частица - заметно влияет на магнитный момент мюона, это может указать исследователям правильное направление дальнейших исследований.
Подтвержденное несоответствие не даст подробностей, какая частица или сила сообщает о своем присутствии, но поможет сузить диапазоны массы и силы взаимодействия, в которых будущие эксперименты обнаружат что-то новое. Даже если несоответствие исчезнет, данные все равно будут полезны для принятия решения, где искать.
Полностью статью можно прочитать здесь.