Proveržis miuonų tyrime: pasiektas magnetinio momento tikslumas!

Proveržis miuonų tyrime: pasiektas magnetinio momento tikslumas!

2025 m. birželio 3 d. Muon g-2 bendradarbiavimas pristatė trečiąjį ir paskutinįjį miuono anomalaus magnetinio momento matavimą. Atlikus šią naują analizę, buvo gauta eksperimentinė vertė aµ = (g-2)/2 = 0,001 165 920 705 ± 0,000 000 000 148 ir viršijo pradinius tikslus netikėtai dideliu tikslumu – 127 dalių milijardui. Tai rodo nepaprastą tikslumo matavimo pažangą, kuri atlieka svarbų vaidmenį šiuolaikinėje dalelių fizikoje.

Matavimai buvo atlikti Fermi nacionalinėje greitintuvo laboratorijoje (Fermilab) ir apima duomenis iš šešerių metų tyrimų etapo, kuris truko iki 2023 m. liepos 9 d. Per šį laikotarpį buvo išmatuota daugiau nei 308 milijardai miuonų, o matavimo tikslumas pagerėjo nuo 200 iki 127 dalių iš milijardo. Prof. Dr. Martinas Fertlas iš Mainco Johanneso Gutenbergo universiteto yra vienintelis Vokietijos mokslininkas, dalyvaujantis tarptautiniame Muon g-2 bendradarbiavime, kuriame dalyvauja beveik 180 mokslininkų iš 37 institucijų septyniose šalyse.

Žvilgsnis į muon g-2 eksperimentą

Muon g-2 eksperimentas stebi į juos panašių, bet apie 200 kartų sunkesnių už elektronus miuonų magnetinio momento precesiją. Šios pagrindinės dalelės turi palyginti trumpą tarnavimo laiką ir ilgesnes savybes, kurias veikia vakuumo svyravimai. Šie svyravimai yra ir anomalinio magnetinio momento srovės nukrypimo priežastis, kuri nuo teorinės vertės nukrypsta apie 0,1%. Eksperimente naudojamas 14 metrų skersmens superlaidus magnetinis žiedas, skirtas analizuoti miuonus kontroliuojamomis sąlygomis.

Naujausi rezultatai atitinka ankstesnius 2021 ir 2023 m. matavimus, tačiau siūlomi nauji, tikslesni duomenys. Muon g-2 teorijos iniciatyva tuo pat metu paskelbė naujas anomalinio magnetinio momento prognozes, kurios, remiantis gardelės QCD skaičiavimais, suteikia teorinę reikšmę aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 33 ± 0,000 000 000 62. Šis susitarimas galėtų įrodyti, kad yra fizinių reiškinių, kurie viršija standartinį modelį.

Ryšys su tamsiąja medžiaga

Anomalinio magnetinio momento tyrimai taip pat galėtų suteikti svarbių įžvalgų apie tamsiąją medžiagą, kuri laikoma pagrindine visatos struktūrų statybine medžiaga. Fizikai tamsiosios medžiagos ieško naudodami du metodus: tiesioginius eksperimentus su dalelių greitintuvais, tokiais kaip Didysis hadronų greitintuvas, ir netiesioginius žinomų fizikinių procesų, kuriems reikia tikslumo, tyrimus. „Fermilab“ matavimai parodė, kad miuonai gali vakuume ieškoti virtualių dalelių ir taip potencialiai atrasti naujų dalelių, kurios galėtų sudaryti tamsiąją medžiagą.

„Fermilab“ eksperimentai taip pat pakeitė supratimą apie teorinius skaičiavimus, kurie anksčiau skyrėsi nuo stebėjimų. Naujausiame tyrime išsamiau išnagrinėjus vakuumo svyravimus atsirado naujų įžvalgų, todėl nukrypimai nuo standartinio modelio tapo suprantamesni.

Nors Muon g-2 eksperimentas dabar baigtas, jis vis tiek gali būti naudojamas kaip etalonas būsimiems matavimams. Kitas eksperimentas Japonijoje planuojamas 2030-aisiais pateikti papildomų duomenų, nors ir mažesniu tikslumu. Iššūkis yra interpretuoti rezultatus ir rasti atsakymus į naujausių rezultatų iškeltus klausimus, įskaitant poreikį išsiaiškinti, kodėl LHC nebuvo aptikta naujų dalelių.

Naujausi atradimai ir teorinės fizikos pokyčiai aiškiai parodo, kad kartais prieštaringi miuono g-2 ir LHC eksperimentų rezultatai gali sukelti jaudinantį dalelių fizikos etapą, kuriame bus kvestionuojamos senosios teorijos ir kuriamos naujos idėjos, siekiant geriau suprasti visatą ir jos pagrindines jėgas.

Paskutinis, bet ne mažiau svarbus dalykas yra tai, kad Muon g-2 bendradarbiavimas apibrėžia ateities mokslinių atradimų kelią ir skatina suprasti pagrindines fizines sąvokas, kurios viršija tai, ką anksčiau laikome savaime suprantamu dalyku.

Daugiau informacijos ir informacijos apie tyrimą rasite čia čia, apie tamsiosios materijos vaidmenį čia ir aptarti naujų dalelių paieškas čia.