Muon g-2: landmärke studie utmaningar regelbok för partikelfysik

Standardmodellen är en rigorös teori som förutsäger beteendet hos universums byggstenar.

Konstnärens uppfattning om mysteriet med myonens magnetiska ögonblick. (Källa: Dani Zemba, Pennsylvania State University)

Nypublicerade resultat av ett internationellt experiment antyder möjligheten av ny fysik som styr naturlagarna, säger forskare. Resultaten av experimentet, som studerade en subatomär partikel som kallas myon , stämmer inte överens med standardmodellens förutsägelser, som all partikelfysik är baserad på, utan bekräftar istället en avvikelse som hade upptäckts i ett experiment 20 år tidigare. Med andra ord, den fysik vi känner till kan inte ensam förklara de uppmätta resultaten. Studien har publicerats i tidskriften Physical Review Letters.

Nyhetsbrev| Klicka för att få dagens bästa förklaringar i din inkorg

Vad är standardmodellen?

Standardmodellen är en rigorös teori som förutsäger beteendet hos universums byggstenar. Den anger reglerna för sex typer av kvarkar, sex leptoner, Higgs-bosonen, tre grundläggande krafter och hur de subatomära partiklarna beter sig under inverkan av elektromagnetiska krafter.

Myonen är en av leptonerna. Den liknar elektronen, men 200 gånger större, och mycket mer instabil, överlever i en bråkdel av en sekund. Experimentet, kallat Muon g-2 (g minus två), utfördes vid det amerikanska energidepartementets Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab).

Vad handlade det här experimentet om?

Den mätte en kvantitet relaterad till myonen, efter ett tidigare experiment vid Brookhaven National Laboratory, under US Department of Energy. Avslutades 2001 och Brookhaven-experimentet gav resultat som inte överensstämde identiskt med standardmodellens förutsägelser.

Muon g-2-experimentet mätte denna kvantitet med större noggrannhet. Man försökte ta reda på om avvikelsen skulle bestå eller om de nya resultaten skulle ligga närmare förutsägelser. Som det visade sig fanns det en avvikelse igen, även om den var mindre.

GÅ MED NU :Express Explained Telegram Channel

Vilken mängd mättes?

Den kallas g–faktor, ett mått som härrör från myonens magnetiska egenskaper. Eftersom myonen är instabil studerar forskare vilken effekt den lämnar efter sig på sin omgivning.

Myoner fungerar som om de har en liten inre magnet. I ett starkt magnetfält vinglar riktningen för denna magnet - precis som axeln på en snurrande topp. Hastigheten med vilken myonen vinglar beskrivs av g-faktorn, den mängd som uppmättes. Detta värde är känt för att vara nära 2, så forskare mäter avvikelsen från 2. Därav namnet g–2.

G-faktorn kan beräknas exakt med standardmodellen. I g-2-experimentet mätte forskare det med högprecisionsinstrument. De genererade myoner och fick dem att cirkulera i en stor magnet. Myonerna interagerade också med ett kvantskum av subatomära partiklar som hoppade in och ut ur existensen, som Fermilab beskrev det. Dessa interaktioner påverkar värdet av g-faktorn, vilket gör att myonerna vacklar något snabbare eller något långsammare. Exakt hur mycket denna avvikelse kommer att vara (detta kallas anomalt magnetiskt moment) kan också beräknas med standardmodellen. Men om kvantskummet innehåller ytterligare krafter eller partiklar som inte tas med i standardmodellen, skulle det justera g-faktorn ytterligare.

Vad var fynden?

Resultaten, även om de avviker från standardmodellens förutsägelse, överensstämmer starkt med Brookhaven-resultaten, sa Fermilab.

darcy lapier ålder

De accepterade teoretiska värdena för myonen är:
g-faktor: 2,00233183620
onormalt magnetiskt moment: 0,00116591810

De nya experimentella resultaten (kombinerade från Brookhaven- och Fermilab-resultaten) som tillkännagavs på onsdagen är:
g-faktor: 2,00233184122
onormalt magnetiskt moment: 0,00116592061.

Vad betyder det här?

Resultaten från Brookhaven, och nu Fermilab, antyder att det finns okända interaktioner mellan myonen och magnetfältet - interaktioner som kan involvera nya partiklar eller krafter. Det är dock inte det sista ordet som öppnar vägen till ny fysik.

För att göra anspråk på en upptäckt kräver forskare resultat som avviker från standardmodellen med 5 standardavvikelser. De kombinerade resultaten från Fermilab och Brookhaven avviker med 4,2 standardavvikelser. Även om detta kanske inte räcker, är det mycket osannolikt att det är en slump - den chansen är ungefär 1 på 40 000, säger Argonne National Laboratory, även under det amerikanska energidepartementet, i ett pressmeddelande.

Det här är ett starkt bevis på att myonen är känslig för något som inte är i vår bästa teori, säger Renee Fatemi, fysiker vid University of Kentucky och simuleringsansvarig för Muon g-2-experimentet, i ett uttalande från Fermilab.

Dela Med Dina Vänner: