اختراق في أبحاث الميون: تحقيق دقة العزم المغناطيسي!

اختراق في أبحاث الميون: تحقيق دقة العزم المغناطيسي!

في 3 يونيو 2025، قدم تعاون Muon g-2 قياسه الثالث والأخير للعزم المغناطيسي الشاذ للميون. وصل هذا التحليل الجديد إلى قيمة تجريبية تبلغ aμ = (g−2)/2 = 0.001 165 920 705 ± 0.000 000 000 148 وتجاوز الأهداف الأولية بدقة عالية غير متوقعة تبلغ 127 جزءًا في المليار. وهذا يوضح التقدم الملحوظ في القياس الدقيق، والذي يلعب دورًا مهمًا في فيزياء الجسيمات الحديثة.

تم إجراء القياسات في مختبر فيرمي الوطني للتسريع (فيرميلاب) وتضمنت بيانات من مرحلة بحث مدتها ست سنوات استمرت حتى 9 يوليو 2023. خلال هذه الفترة، تم قياس أكثر من 308 مليار ميون، مع تحسن دقة القياس من 200 إلى 127 جزءًا في المليار. البروفيسور الدكتور مارتن فيرتل من جامعة يوهانس جوتنبرج ماينز هو الباحث الألماني الوحيد في التعاون الدولي Muon g-2، والذي يجمع ما يقرب من 180 عالمًا من 37 مؤسسة في سبع دول.

نظرة على تجربة الميون g-2

تتتبع تجربة Muon g-2 تقدم العزم المغناطيسي للميونات، التي تشبهها ولكنها أثقل بحوالي 200 مرة من الإلكترونات. تتمتع هذه الجسيمات الأساسية بعمر افتراضي قصير نسبيًا وخصائص ممتدة تتأثر بتقلبات الفراغ. هذه التقلبات هي أيضًا سبب الانحراف الحالي للعزم المغناطيسي الشاذ، والذي ينحرف بحوالي 0.1% عن القيمة النظرية. تستخدم التجربة حلقة مغناطيسية فائقة التوصيل يبلغ قطرها 14 مترًا لتحليل الميونات في ظل ظروف خاضعة للرقابة.

وتتوافق أحدث النتائج مع القياسات السابقة من عامي 2021 و2023، لكنها قدمت بيانات جديدة أكثر دقة. نشرت مبادرة نظرية Muon g-2 في نفس الوقت تنبؤات جديدة للحظة المغناطيسية الشاذة، والتي تعطي قيمة نظرية aμ = (g−2)/2 = 0.001 165 920 33 ± 0.000 000 000 62 بناءً على حسابات QCD الشبكية. يمكن أن تقدم هذه الاتفاقية دليلاً على وجود ظواهر فيزيائية تتجاوز النموذج القياسي.

اتصالات للمادة المظلمة

يمكن أن يوفر البحث في العزم المغناطيسي الشاذ أيضًا رؤى مهمة حول المادة المظلمة، والتي تعتبر لبنة البناء الأساسية للهياكل الموجودة في الكون. يبحث الفيزيائيون عن المادة المظلمة باستخدام طريقتين: من خلال التجارب المباشرة في مسرعات الجسيمات مثل مصادم الهادرونات الكبير، ومن خلال الدراسات غير المباشرة للعمليات الفيزيائية المعروفة التي تتطلب الدقة. أظهرت القياسات في فيرميلاب أن الميونات قادرة على البحث في الفراغ عن جسيمات افتراضية وبالتالي من المحتمل اكتشاف جسيمات جديدة يمكن أن تشكل المادة المظلمة.

أحدثت تجارب فيرميلاب أيضًا ثورة في فهم الحسابات النظرية التي كانت في الماضي تختلف عن الملاحظات. في أحدث دراسة، ظهرت رؤى جديدة من دراسة أكثر تفصيلاً لتقلبات الفراغ، مما يجعل الانحرافات عن النموذج القياسي أكثر قابلية للفهم.

على الرغم من أن تجربة Muon g-2 قد اكتملت الآن، إلا أنها لا تزال بمثابة معيار للقياسات المستقبلية. ومن المقرر إجراء تجربة أخرى في اليابان لتوفير بيانات إضافية، وإن كانت بدقة أقل، في ثلاثينيات القرن الحالي. ويتمثل التحدي في تفسير النتائج وإيجاد إجابات للأسئلة التي أثارتها أحدث النتائج، بما في ذلك الحاجة إلى توضيح سبب عدم اكتشاف جسيمات جديدة في LHC.

توضح الاكتشافات والتطورات الأخيرة في الفيزياء النظرية أن النتائج المتناقضة أحيانًا لتجارب muon g-2 وLHC يمكن أن تؤدي إلى مرحلة مثيرة في فيزياء الجسيمات حيث سيتم التشكيك في النظريات القديمة وتطوير أفكار جديدة من أجل فهم أفضل للكون وقواه الأساسية.

وأخيرًا وليس آخرًا، يحدد تعاون Muon g-2 الطريق للاكتشافات العلمية المستقبلية ويعزز فهم المفاهيم الفيزيائية الأساسية التي تتجاوز ما كنا نعتبره في السابق أمرًا مفروغًا منه.

يمكن العثور على مزيد من المعلومات والتفاصيل حول الدراسة هنا هنا حول دور المادة المظلمة هنا ومناقشة البحث عن جسيمات جديدة هنا.