Izrāviens mionu izpētē: sasniegta magnētiskā momenta precizitāte!

Izrāviens mionu izpētē: sasniegta magnētiskā momenta precizitāte!

2025. gada 3. jūnijā sadarbībā ar Muon g-2 tika prezentēts trešais un pēdējais miona anomālā magnētiskā momenta mērījums. Šī jaunā analīze ieguva eksperimentālo vērtību aµ = (g-2)/2 = 0,001 165 920 705 ± 0,000 000 000 148 un pārsniedza sākotnējos mērķus ar negaidīti augstu precizitāti – 127 daļas uz miljardu. Tas liecina par ievērojamu progresu precizitātes mērīšanā, kam ir svarīga loma mūsdienu daļiņu fizikā.

Mērījumi tika veikti Fermi Nacionālajā paātrinātāja laboratorijā (Fermilab), un tajos ir iekļauti dati no sešus gadus ilgas izpētes fāzes, kas ilga līdz 2023. gada 9. jūlijam. Šajā periodā tika izmērīti vairāk nekā 308 miljardi mionu, un mērījumu precizitāte uzlabojās no 200 līdz 127 daļām no miljarda. Prof. Dr. Martins Fertls no Maincas Johannesa Gūtenberga universitātes ir vienīgais vācu pētnieks starptautiskajā Muon g-2 sadarbībā, kas apvieno gandrīz 180 zinātniekus no 37 iestādēm septiņās valstīs.

Skats uz eksperimentu muon g-2

Eksperiments Muon g-2 izseko mionu magnētiskā momenta precesiju, kas ir līdzīgi tiem, bet ir aptuveni 200 reizes smagāki par elektroniem. Šīm pamatdaļiņām ir salīdzinoši īss kalpošanas laiks un pagarinātas īpašības, ko ietekmē vakuuma svārstības. Šīs svārstības ir arī iemesls anomālā magnētiskā momenta strāvas novirzei, kas atšķiras par aptuveni 0,1% no teorētiskās vērtības. Eksperimentā tiek izmantots 14 metru diametra supravadošs magnētiskais gredzens, lai analizētu mionus kontrolētos apstākļos.

Jaunākie rezultāti atbilst iepriekšējiem 2021. un 2023. gada mērījumiem, taču piedāvāja jaunus, precīzākus datus. Muon g-2 teorijas iniciatīva vienlaikus ir publicējusi jaunas prognozes anomālajam magnētiskajam momentam, kas dod teorētisko vērtību aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 33 ± 0,000 000 000 62, pamatojoties uz režģa QCD aprēķiniem. Šī vienošanās varētu sniegt pierādījumus tam, ka pastāv fiziskas parādības, kas pārsniedz standarta modeli.

Savienojumi ar tumšo vielu

Anomālā magnētiskā momenta izpēte varētu arī sniegt svarīgu ieskatu tumšajā matērijā, kas tiek uzskatīta par Visuma struktūru pamata bloku. Fiziķi meklē tumšo vielu, izmantojot divas metodes: izmantojot tiešus eksperimentus ar daļiņu paātrinātājiem, piemēram, lielo hadronu paātrinātāju, un netiešos pētījumos par zināmiem fizikāliem procesiem, kuriem nepieciešama precizitāte. Fermilab mērījumi ir parādījuši, ka mioni spēj vakuumā meklēt virtuālās daļiņas un tādējādi potenciāli atklāt jaunas daļiņas, kas varētu veidot tumšo vielu.

Fermilab eksperimenti ir arī mainījuši izpratni par teorētiskajiem aprēķiniem, kas pagātnē atšķīrās no novērojumiem. Jaunākajā pētījumā, detalizētāk apsverot vakuuma svārstības, radās jaunas atziņas, padarot novirzes no standarta modeļa saprotamākas.

Lai gan Muon g-2 eksperiments tagad ir pabeigts, tas joprojām varētu kalpot par etalonu turpmākajiem mērījumiem. Vēl viens eksperiments Japānā ir plānots, lai sniegtu papildu datus, lai gan ar mazāku precizitāti, 2030. gados. Izaicinājums ir interpretēt rezultātus un atrast atbildes uz jautājumiem, ko radījuši jaunākie rezultāti, tostarp nepieciešamību noskaidrot, kāpēc LHC netika atklātas jaunas daļiņas.

Nesenie atklājumi un notikumi teorētiskajā fizikā skaidri parāda, ka dažkārt pretrunīgie muona g-2 un LHC eksperimentu rezultāti var novest pie aizraujošas fāzes daļiņu fizikā, kurā tiks apšaubītas vecās teorijas un izstrādātas jaunas idejas, lai labāk izprastu Visumu un tā pamatspēkus.

Visbeidzot, Muon g-2 sadarbība nosaka ceļu turpmākiem zinātniskiem atklājumiem un veicina izpratni par fundamentāliem fiziskiem jēdzieniem, kas pārsniedz to, ko mēs iepriekš uzskatām par pašsaprotamu.

Plašāku informāciju un informāciju par pētījumu var atrast šeit šeit, par tumšās matērijas lomu šeit un apspriest jaunu daļiņu meklēšanu šeit.