Läbimurre müüoniuuringutes: saavutatud magnetmomendi täpsus!

Läbimurre müüoniuuringutes: saavutatud magnetmomendi täpsus!

3. juunil 2025 esitles Muon g-2 koostöös oma kolmandat ja viimast müoni anomaalse magnetmomendi mõõtmist. See uus analüüs jõudis katseväärtuseni aµ = (g-2)/2 = 0,001 165 920 705 ± 0,000 000 000 148 ja ületas esialgsed eesmärgid ootamatult suure täpsusega, 127 osa miljardi kohta. See näitab märkimisväärseid edusamme täppismõõtmises, mis mängib olulist rolli kaasaegses osakeste füüsikas.

Mõõtmised viidi läbi Fermi riiklikus kiirendilaboris (Fermilab) ja need hõlmavad andmeid kuueaastasest uurimisfaasist, mis kestis 9. juulini 2023. Selle perioodi jooksul mõõdeti üle 308 miljardi müüoni, mõõtmise täpsus paranes 200-lt 127-le miljardiosale. Prof dr Martin Fertl Mainzi Johannes Gutenbergi ülikoolist on ainus Saksamaa teadlane rahvusvahelises Muon g-2 koostöös, mis koondab ligi 180 teadlast seitsme riigi 37 institutsioonist.

Pilk muon g-2 katsele

Eksperiment Muon g-2 jälgib nendega sarnaste, kuid elektronidest umbes 200 korda raskemate müüonide magnetmomendi pretsessiooni. Nendel põhiosakestel on suhteliselt lühike eluiga ja pikemad omadused, mida mõjutavad vaakumi kõikumised. Need kõikumised on ka põhjuseks anomaalse magnetmomendi vooluhälbele, mis erineb umbes 0,1% teoreetilisest väärtusest. Katses kasutatakse 14-meetrise läbimõõduga ülijuhtivat magnetrõngast, et analüüsida müüoneid kontrollitud tingimustes.

Viimased tulemused on kooskõlas varasemate mõõtmistega aastatel 2021 ja 2023, kuid pakkusid uusi, täpsemaid andmeid. Muon g-2 teooriaalgatus on samal ajal avaldanud uued ennustused anomaalse magnetmomendi kohta, mis annavad võre QCD arvutuste põhjal teoreetiliseks väärtuseks aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 33 ± 0,000 000 000 62. See kokkulepe võib anda tõendeid selle kohta, et on füüsilisi nähtusi, mis ulatuvad standardmudelist kaugemale.

Ühendused tumeainega

Anomaalse magnetmomendi uurimine võib anda ka olulisi teadmisi tumeainest, mida peetakse universumi struktuuride põhiliseks ehitusplokiks. Füüsikud otsivad tumeainet kahel meetodil: otseste katsetega osakeste kiirenditega, nagu Large Hadron Collider, ja kaudsete täpsust nõudvate teadaolevate füüsikaliste protsesside uurimisega. Fermilabi mõõtmised on näidanud, et müüonid suudavad vaakumis otsida virtuaalseid osakesi ja seega potentsiaalselt avastada uusi osakesi, mis võivad moodustada tumeaine.

Fermilabi katsed on muutnud ka arusaamist teoreetilistest arvutustest, mis minevikus erinesid vaatlustest. Viimases uuringus ilmnesid uued arusaamad vaakumi kõikumiste üksikasjalikumast kaalumisest, muutes kõrvalekalded standardmudelist arusaadavamaks.

Kuigi Muon g-2 eksperiment on nüüdseks lõppenud, võib see siiski olla tulevaste mõõtmiste võrdlusaluseks. 2030. aastatel on plaanis teha järjekordne eksperiment Jaapanis, et saada lisaandmeid, kuigi väiksema täpsusega. Väljakutseks on tulemuste tõlgendamine ja vastuste leidmine viimaste tulemuste põhjal tõstatatud küsimustele, sealhulgas vajadus selgitada, miks LHC-st uusi osakesi ei avastatud.

Hiljutised ilmutused ja teoreetilise füüsika arengud näitavad, et muon g-2 ja LHC katsete mõnikord vastuolulised tulemused võivad viia osakestefüüsikas põneva faasini, kus vanad teooriad seatakse kahtluse alla ja arendatakse uusi ideid, et paremini mõista universumit ja selle põhijõude.

Viimaseks, kuid mitte vähemtähtsaks, määratleb Muon g-2 koostöö tee tulevaste teaduslike avastuste jaoks ja edendab arusaamist põhilistest füüsikalistest mõistetest, mis lähevad kaugemale sellest, mida me varem enesestmõistetavaks pidasime.

Lisateavet ja üksikasju uuringu kohta leiate siit siin, tumeaine rollist siin ja arutada uute osakeste otsimist siin.