Gennembrud i myonforskning: Magnetisk momentpræcision opnået!

Gennembrud i myonforskning: Magnetisk momentpræcision opnået!

Den 3. juni 2025 præsenterede Muon g-2-samarbejdet sin tredje og sidste måling af muonens unormale magnetiske moment. Denne nye analyse nåede frem til en eksperimentel værdi på aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 705 ± 0,000 000 000 148 og overskred de oprindelige mål med en uventet høj nøjagtighed på 127 dele pr. milliard. Dette viser bemærkelsesværdige fremskridt inden for præcisionsmåling, som spiller en vigtig rolle i moderne partikelfysik.

Målingerne blev udført på Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) og omfatter data fra en seksårig forskningsfase, der varede indtil 9. juli 2023. I denne periode blev der målt over 308 milliarder myoner, hvor nøjagtigheden af ​​målingen blev forbedret fra 200 til 127 dele i en milliard. Prof. Dr. Martin Fertl fra Johannes Gutenberg University Mainz er den eneste tyske forsker i det internationale Muon g-2-samarbejde, som samler næsten 180 videnskabsmænd fra 37 institutioner i syv lande.

Et kig på muon g-2 eksperimentet

Muon g-2-eksperimentet sporer præcessionen af ​​det magnetiske moment af myoner, som ligner dem, men omkring 200 gange tungere end elektroner. Disse fundamentale partikler har relativt kort levetid og forlængede egenskaber, som påvirkes af vakuumsvingninger. Disse udsving er også årsagen til den aktuelle afvigelse af det unormale magnetiske moment, som afviger med omkring 0,1 % fra den teoretiske værdi. Forsøget bruger en superledende magnetisk ring med en diameter på 14 meter til at analysere myonerne under kontrollerede forhold.

De seneste resultater er i overensstemmelse med tidligere målinger fra 2021 og 2023, men tilbød nye, mere præcise data. Muon g-2 Theory Initiative har samtidig offentliggjort nye forudsigelser for det unormale magnetiske moment, som giver en teoretisk værdi på aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 33 ± 0,000 000 000 62 baseret på gitter QCD-beregninger. Denne aftale kunne give bevis for, at der er fysiske fænomener, der går ud over standardmodellen.

Forbindelser til mørkt stof

Forskning i det unormale magnetiske øjeblik kunne også give vigtig indsigt i mørkt stof, som anses for at være den grundlæggende byggesten for strukturerne i universet. Fysikere søger efter mørkt stof ved hjælp af to metoder: gennem direkte eksperimenter med partikelacceleratorer såsom Large Hadron Collider, og gennem indirekte undersøgelser af kendte fysiske processer, der kræver præcision. Målingerne hos Fermilab har vist, at myoner er i stand til at søge i vakuumet efter virtuelle partikler og dermed potentielt opdage nye partikler, der kan udgøre mørkt stof.

Eksperimenterne på Fermilab har også revolutioneret forståelsen af ​​teoretiske beregninger, der tidligere afveg fra observationer. I den seneste undersøgelse fremkom ny indsigt fra mere detaljerede overvejelser om vakuumsvingninger, hvilket gør afvigelserne fra standardmodellen mere forståelige.

Selvom Muon g-2-eksperimentet nu er afsluttet, kan det stadig tjene som benchmark for fremtidige målinger. Et andet eksperiment i Japan er planlagt til at levere yderligere data, omend med lavere præcision, i 2030'erne. Udfordringen er at fortolke resultaterne og finde svar på de spørgsmål, som de seneste resultater rejser, herunder behovet for at afklare, hvorfor der ikke blev opdaget nye partikler i LHC.

Nylige afsløringer og udviklinger inden for teoretisk fysik gør det klart, at de til tider modstridende resultater af muon g-2 og LHC-eksperimenterne kan føre til en spændende fase i partikelfysikken, hvor gamle teorier vil blive sat spørgsmålstegn ved og nye ideer udviklet for bedre at forstå universet og dets grundlæggende kræfter.

Sidst, men ikke mindst, definerer Muon g-2-samarbejdet vejen for fremtidige videnskabelige opdagelser og fremmer forståelsen af ​​grundlæggende fysiske begreber, der går ud over, hvad vi tidligere tager for givet.

Yderligere information og detaljer om undersøgelsen kan findes her her, om mørkt stofs rolle her og diskutere søgen efter nye partikler her.