Áttörés a müonkutatásban: Mágneses nyomatéki pontosság érhető el!

Áttörés a müonkutatásban: Mágneses nyomatéki pontosság érhető el!

2025. június 3-án a Muon g-2 együttműködés bemutatta a müon anomális mágneses momentumának harmadik, egyben utolsó mérését. Ez az új elemzés aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 705 ± 0,000 000 000 148 kísérleti értéket eredményezett, és váratlanul nagy, 127 ppm pontossággal haladta meg a kezdeti célokat. Ez a modern részecskefizikában fontos szerepet játszó precíziós mérésben elért figyelemreméltó fejlődést mutatja.

A méréseket a Fermi Nemzeti Gyorsítólaboratóriumban (Fermilab) végezték, és egy hatéves, 2023. július 9-ig tartó kutatási szakasz adatait tartalmazzák. Ebben az időszakban több mint 308 milliárd müont mértek, a mérés pontossága 200-ról 127 rész/milliárdra javult. Prof. Dr. Martin Fertl, a mainzi Johannes Gutenberg Egyetem munkatársa az egyetlen német kutató a nemzetközi Muon g-2 együttműködésben, amely hét ország 37 intézményének csaknem 180 tudósát tömöríti.

Egy pillantás a müon g-2 kísérletre

A Muon g-2 kísérlet a hozzájuk hasonló, de az elektronoknál körülbelül 200-szor nehezebb müonok mágneses momentumának precesszióját követi nyomon. Ezeknek az alapvető részecskéknek viszonylag rövid élettartamuk és kiterjesztett tulajdonságaik vannak, amelyeket a vákuum-ingadozások befolyásolnak. Ezek az ingadozások az okai az anomális mágneses momentum aktuális eltérésének is, amely körülbelül 0,1%-kal tér el az elméleti értéktől. A kísérlet során egy 14 méter átmérőjű szupravezető mágneses gyűrűt használnak a müonok ellenőrzött körülmények közötti elemzésére.

A legújabb eredmények összhangban vannak a korábbi, 2021-es és 2023-as mérésekkel, de új, pontosabb adatokat kínáltak. A Muon g-2 Theory Initiative egyidejűleg új előrejelzéseket tett közzé az anomális mágneses momentumra, amelyek a µ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 33 ± 0,000 000 000 62 elméleti értéket adják a rácsos QCD számítások alapján. Ez a megállapodás bizonyítékot szolgáltathat arra, hogy vannak olyan fizikai jelenségek, amelyek túlmutatnak a standard modellen.

Kapcsolatok a sötét anyaggal

Az anomális mágneses momentum kutatása fontos betekintést nyújthat a sötét anyagba is, amelyet az univerzum struktúráinak alapvető építőkövének tekintenek. A fizikusok két módszerrel keresik a sötét anyagot: részecskegyorsítókkal, például a Large Hadron Colliderrel végzett közvetlen kísérletekkel, illetve az ismert fizikai folyamatok közvetett vizsgálatával, amelyek pontosságot igényelnek. A Fermilabnál végzett mérések kimutatták, hogy a müonok képesek a vákuumban virtuális részecskéket keresni, és így potenciálisan új részecskéket fedezhetnek fel, amelyek sötét anyagot alkothatnak.

A Fermilab kísérletei forradalmasították az elméleti számítások megértését is, amelyek a múltban eltértek a megfigyelésektől. A legfrissebb tanulmányban a vákuum-ingadozások részletesebb vizsgálatából új meglátások derültek ki, érthetőbbé téve a Standard Modelltől való eltéréseket.

Bár a Muon g-2 kísérlet mára befejeződött, még mindig viszonyítási alapként szolgálhat a jövőbeni mérésekhez. A tervek szerint a 2030-as években egy másik japán kísérlet is további adatokat szolgáltat, igaz, kisebb pontossággal. A kihívás az eredmények értelmezése és a legfrissebb eredmények által felvetett kérdések megválaszolása, többek között annak tisztázása, hogy miért nem fedeztek fel új részecskéket az LHC-ben.

Az elméleti fizika legújabb felfedezései és fejleményei világossá teszik, hogy a müon g-2 és az LHC kísérletek olykor egymásnak ellentmondó eredményei a részecskefizika izgalmas szakaszához vezethetnek, amelyben a régi elméletek megkérdőjeleződnek, és új ötletek születnek az univerzum és alapvető erőinek jobb megértése érdekében.

Végül, de nem utolsósorban a Muon g-2 együttműködés meghatározza a jövőbeli tudományos felfedezések útját, és elősegíti az alapvető fizikai fogalmak megértését, amelyek túlmutatnak azon, amit korábban természetesnek tartottunk.

A tanulmányokkal kapcsolatos további információk és részletek itt találhatók itt, a sötét anyag szerepéről itt és hogy megvitassák az új részecskék keresését itt.