Ανακάλυψη στην έρευνα μιονίων: Επιτεύχθηκε ακρίβεια μαγνητικής ροπής!

Ανακάλυψη στην έρευνα μιονίων: Επιτεύχθηκε ακρίβεια μαγνητικής ροπής!

Στις 3 Ιουνίου 2025, η συνεργασία Muon g-2 παρουσίασε την τρίτη και τελευταία της μέτρηση της ανώμαλης μαγνητικής ροπής του μιονίου. Αυτή η νέα ανάλυση έφτασε σε μια πειραματική τιμή αµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 705 ± 0,000 000 000 148 και ξεπέρασε τους αρχικούς στόχους με απροσδόκητα υψηλή ακρίβεια 127 μερών ανά δισεκατομμύριο. Αυτό καταδεικνύει αξιοσημείωτες προόδους στις μετρήσεις ακριβείας, οι οποίες διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη σύγχρονη σωματιδιακή φυσική.

Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή Fermi (Fermilab) και περιλαμβάνουν δεδομένα από μια εξαετή ερευνητική φάση που διήρκεσε έως τις 9 Ιουλίου 2023. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, μετρήθηκαν πάνω από 308 δισεκατομμύρια μιόνια, με την ακρίβεια της μέτρησης να βελτιώνεται από 200 σε 127 μέρη στο δισεκατομμύριο. Ο καθηγητής Dr. Martin Fertl από το Πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg Mainz είναι ο μόνος Γερμανός ερευνητής στη διεθνή συνεργασία Muon g-2, η οποία συγκεντρώνει σχεδόν 180 επιστήμονες από 37 ιδρύματα σε επτά χώρες.

Μια ματιά στο πείραμα του μιονίου g-2

Το πείραμα Muon g-2 παρακολουθεί τη μετάπτωση της μαγνητικής ροπής των μιονίων, τα οποία είναι παρόμοια με αυτά αλλά περίπου 200 φορές βαρύτερα από τα ηλεκτρόνια. Αυτά τα θεμελιώδη σωματίδια έχουν σχετικά μικρή διάρκεια ζωής και εκτεταμένες ιδιότητες που επηρεάζονται από τις διακυμάνσεις του κενού. Αυτές οι διακυμάνσεις είναι και ο λόγος για την τρέχουσα απόκλιση της ανώμαλης μαγνητικής ροπής, η οποία αποκλίνει κατά περίπου 0,1% από τη θεωρητική τιμή. Το πείραμα χρησιμοποιεί έναν υπεραγώγιμο μαγνητικό δακτύλιο διαμέτρου 14 μέτρων για να αναλύσει τα μιόνια υπό ελεγχόμενες συνθήκες.

Τα τελευταία αποτελέσματα είναι συνεπή με προηγούμενες μετρήσεις από το 2021 και το 2023, αλλά πρόσφεραν νέα, πιο ακριβή δεδομένα. Η Πρωτοβουλία Θεωρίας Muon g-2 δημοσίευσε ταυτόχρονα νέες προβλέψεις για την ανώμαλη μαγνητική ροπή, οι οποίες δίνουν μια θεωρητική τιμή aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 33 ± 0,000 000 000 62 με βάση το πλέγμα QCD. Αυτή η συμφωνία θα μπορούσε να αποδείξει ότι υπάρχουν φυσικά φαινόμενα που υπερβαίνουν το Καθιερωμένο Μοντέλο.

Συνδέσεις με τη σκοτεινή ύλη

Η έρευνα για την ανώμαλη μαγνητική ροπή θα μπορούσε επίσης να προσφέρει σημαντικές πληροφορίες για τη σκοτεινή ύλη, η οποία θεωρείται ότι είναι το βασικό δομικό στοιχείο για τις δομές στο σύμπαν. Οι φυσικοί αναζητούν τη σκοτεινή ύλη χρησιμοποιώντας δύο μεθόδους: μέσω απευθείας πειραμάτων σε επιταχυντές σωματιδίων όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων και μέσω έμμεσων μελετών γνωστών φυσικών διεργασιών που απαιτούν ακρίβεια. Οι μετρήσεις στο Fermilab έδειξαν ότι τα μιόνια είναι σε θέση να ψάξουν στο κενό για εικονικά σωματίδια και έτσι δυνητικά να ανακαλύψουν νέα σωματίδια που θα μπορούσαν να συνθέσουν τη σκοτεινή ύλη.

Τα πειράματα στο Fermilab έφεραν επίσης επανάσταση στην κατανόηση των θεωρητικών υπολογισμών που στο παρελθόν διέφεραν από τις παρατηρήσεις. Στην πιο πρόσφατη μελέτη, νέες γνώσεις προέκυψαν από πιο λεπτομερή εξέταση των διακυμάνσεων του κενού, καθιστώντας τις αποκλίσεις από το Καθιερωμένο Μοντέλο πιο κατανοητές.

Αν και το πείραμα Muon g-2 έχει πλέον ολοκληρωθεί, θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως σημείο αναφοράς για μελλοντικές μετρήσεις. Ένα άλλο πείραμα στην Ιαπωνία σχεδιάζεται να παρέχει πρόσθετα δεδομένα, αν και με μικρότερη ακρίβεια, τη δεκαετία του 2030. Η πρόκληση είναι η ερμηνεία των αποτελεσμάτων και η εύρεση απαντήσεων στα ερωτήματα που τέθηκαν από τα τελευταία αποτελέσματα, συμπεριλαμβανομένης της ανάγκης να διευκρινιστεί γιατί δεν ανακαλύφθηκαν νέα σωματίδια στον LHC.

Πρόσφατες αποκαλύψεις και εξελίξεις στη θεωρητική φυσική καθιστούν σαφές ότι τα μερικές φορές αντιφατικά αποτελέσματα του μιονίου g-2 και των πειραμάτων LHC θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε μια συναρπαστική φάση στη σωματιδιακή φυσική στην οποία θα αμφισβητηθούν παλιές θεωρίες και θα αναπτυχθούν νέες ιδέες για την καλύτερη κατανόηση του σύμπαντος και των θεμελιωδών δυνάμεών του.

Τελευταίο αλλά εξίσου σημαντικό, η συνεργασία Muon g-2 καθορίζει το μονοπάτι για μελλοντικές επιστημονικές ανακαλύψεις και προάγει την κατανόηση θεμελιωδών φυσικών εννοιών που υπερβαίνουν αυτά που θεωρούσαμε προηγουμένως δεδομένα.

Περισσότερες πληροφορίες και λεπτομέρειες για τη μελέτη μπορείτε να βρείτε εδώ εδώ, για το ρόλο της σκοτεινής ύλης εδώ και να συζητήσουμε την αναζήτηση νέων σωματιδίων εδώ.