Gjennombrudd i myonforskning: Magnetisk momentpresisjon oppnådd!

Gjennombrudd i myonforskning: Magnetisk momentpresisjon oppnådd!

3. juni 2025 presenterte Muon g-2-samarbeidet sin tredje og siste måling av myonens unormale magnetiske øyeblikk. Denne nye analysen kom frem til en eksperimentell verdi på aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 705 ± 0,000 000 000 148 og overskred de opprinnelige målene med en uventet høy nøyaktighet på 127 deler per milliard. Dette demonstrerer bemerkelsesverdige fremskritt innen presisjonsmåling, som spiller en viktig rolle i moderne partikkelfysikk.

Målingene ble utført ved Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) og inkluderer data fra en seksårig forskningsfase som varte til 9. juli 2023. I løpet av denne perioden ble det målt over 308 milliarder myoner, hvor nøyaktigheten av målingen ble forbedret fra 200 til 127 deler på en milliard. Prof. Dr. Martin Fertl fra Johannes Gutenberg University Mainz er den eneste tyske forskeren i det internasjonale Muon g-2-samarbeidet, som samler nesten 180 forskere fra 37 institusjoner i syv land.

En titt på muon g-2-eksperimentet

Muon g-2-eksperimentet sporer presesjonen til det magnetiske øyeblikket til myoner, som ligner dem, men omtrent 200 ganger tyngre enn elektroner. Disse fundamentale partiklene har relativt kort levetid og utvidede egenskaper som påvirkes av vakuumsvingninger. Disse svingningene er også årsaken til strømavviket til det unormale magnetiske momentet, som avviker med omtrent 0,1 % fra den teoretiske verdien. Eksperimentet bruker en superledende magnetisk ring med en diameter på 14 meter for å analysere myonene under kontrollerte forhold.

De siste resultatene samsvarer med tidligere målinger fra 2021 og 2023, men ga nye, mer presise data. Muon g-2 Theory Initiative har samtidig publisert nye spådommer for det anomale magnetiske momentet, som gir en teoretisk verdi på aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 33 ± 0,000 000 000 62 basert på gitter QCD-beregninger. Denne avtalen kan gi bevis på at det er fysiske fenomener som går utover standardmodellen.

Forbindelser til mørk materie

Forskning på det uregelmessige magnetiske øyeblikket kan også gi viktig innsikt i mørk materie, som anses å være den grunnleggende byggesteinen for strukturene i universet. Fysikere søker etter mørk materie ved hjelp av to metoder: gjennom direkte eksperimenter med partikkelakseleratorer som Large Hadron Collider, og gjennom indirekte studier av kjente fysiske prosesser som krever presisjon. Målingene ved Fermilab har vist at myoner er i stand til å søke i vakuumet etter virtuelle partikler og dermed potensielt oppdage nye partikler som kan utgjøre mørk materie.

Eksperimentene ved Fermilab har også revolusjonert forståelsen av teoretiske beregninger som tidligere avvek fra observasjoner. I den siste studien dukket det opp ny innsikt fra mer detaljert vurdering av vakuumsvingninger, noe som gjorde avvikene fra standardmodellen mer forståelige.

Selv om Muon g-2-eksperimentet nå er fullført, kan det fortsatt tjene som en målestokk for fremtidige målinger. Et annet eksperiment i Japan er planlagt for å gi ytterligere data, om enn med lavere presisjon, på 2030-tallet. Utfordringen er å tolke resultatene og finne svar på spørsmålene som de siste resultatene reiser, inkludert behovet for å avklare hvorfor ingen nye partikler ble oppdaget i LHC.

Nyere avsløringer og utviklinger innen teoretisk fysikk gjør det klart at de til tider motstridende resultatene av muon g-2 og LHC-eksperimentene kan føre til en spennende fase i partikkelfysikk der gamle teorier vil bli stilt spørsmål ved og nye ideer utviklet for å bedre forstå universet og dets grunnleggende krefter.

Sist men ikke minst, Muon g-2-samarbeidet definerer veien for fremtidige vitenskapelige oppdagelser og fremmer forståelsen av grunnleggende fysiske konsepter som går utover det vi tidligere tar for gitt.

Mer informasjon og detaljer om studien finner du her her, om rollen til mørk materie her og diskutere søket etter nye partikler her.