Przełom w badaniach nad mionami: osiągnięta precyzja momentu magnetycznego!

Przełom w badaniach nad mionami: osiągnięta precyzja momentu magnetycznego!

3 czerwca 2025 r. w ramach współpracy Muon g-2 zaprezentowano trzeci i ostatni pomiar anomalnego momentu magnetycznego mionu. Ta nowa analiza doprowadziła do eksperymentalnej wartości aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 705 ± 0,000 000 000 148 i przekroczyła początkowe cele z nieoczekiwanie wysoką dokładnością 127 części na miliard. Świadczy to o niezwykłym postępie w precyzyjnych pomiarach, które odgrywają ważną rolę we współczesnej fizyce cząstek elementarnych.

Pomiary przeprowadzono w Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) i obejmują dane z sześcioletniej fazy badawczej, która trwała do 9 lipca 2023 roku. W tym okresie zmierzono ponad 308 miliardów mionów, a dokładność pomiaru wzrosła z 200 do 127 części na miliard. Prof. dr Martin Fertl z Uniwersytetu Jana Gutenberga w Moguncji jest jedynym niemieckim badaczem biorącym udział w międzynarodowej współpracy Muon g-2, która skupia prawie 180 naukowców z 37 instytucji z siedmiu krajów.

Spojrzenie na eksperyment z mionem g-2

Eksperyment Muon g-2 śledzi precesję momentu magnetycznego mionów, które są do nich podobne, ale około 200 razy cięższe od elektronów. Te podstawowe cząstki mają stosunkowo krótki czas życia i rozszerzone właściwości, na które wpływają wahania próżni. Wahania te są także przyczyną aktualnej odchyłki anomalnego momentu magnetycznego, która odbiega o około 0,1% od wartości teoretycznej. W eksperymencie wykorzystano nadprzewodzący pierścień magnetyczny o średnicy 14 metrów do analizy mionów w kontrolowanych warunkach.

Najnowsze wyniki są spójne z poprzednimi pomiarami z lat 2021 i 2023, ale dostarczają nowych, dokładniejszych danych. Inicjatywa Teorii Muon g-2 opublikowała jednocześnie nowe przewidywania dotyczące anomalnego momentu magnetycznego, które dają teoretyczną wartość aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 33 ± 0,000 000 000 62 w oparciu o obliczenia sieci QCD. Zgoda ta mogłaby dostarczyć dowodów na istnienie zjawisk fizycznych wykraczających poza Model Standardowy.

Połączenia z ciemną materią

Badania nad anomalnym momentem magnetycznym mogą również dostarczyć ważnych informacji na temat ciemnej materii, która jest uważana za podstawowy element budulcowy struktur we wszechświecie. Fizycy poszukują ciemnej materii dwiema metodami: poprzez bezpośrednie eksperymenty w akceleratorach cząstek, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów, oraz poprzez pośrednie badania znanych procesów fizycznych wymagających precyzji. Pomiary w Fermilab wykazały, że miony są w stanie przeszukiwać próżnię w poszukiwaniu cząstek wirtualnych i w ten sposób potencjalnie odkrywać nowe cząstki, które mogą stanowić ciemną materię.

Eksperymenty w Fermilabie zrewolucjonizowały także rozumienie obliczeń teoretycznych, które w przeszłości odbiegały od obserwacji. W najnowszym badaniu z bardziej szczegółowego rozważenia fluktuacji próżni wyłoniły się nowe spostrzeżenia, dzięki czemu odchylenia od Modelu Standardowego stały się bardziej zrozumiałe.

Chociaż eksperyment Muon g-2 jest już zakończony, może nadal służyć jako punkt odniesienia dla przyszłych pomiarów. Planowany jest kolejny eksperyment w Japonii, który ma dostarczyć dodatkowych danych, choć z mniejszą precyzją, w latach trzydziestych XXI wieku. Wyzwaniem jest interpretacja wyników i znalezienie odpowiedzi na pytania, jakie stawiają najnowsze wyniki, w tym konieczność wyjaśnienia, dlaczego w LHC nie odkryto żadnych nowych cząstek.

Ostatnie odkrycia i osiągnięcia w fizyce teoretycznej jasno pokazują, że czasami sprzeczne wyniki eksperymentów mionu g-2 i LHC mogą doprowadzić do ekscytującej fazy w fizyce cząstek elementarnych, w której stare teorie zostaną zakwestionowane i opracowane nowe pomysły w celu lepszego zrozumienia wszechświata i jego podstawowych sił.

Co nie mniej ważne, współpraca Muon g-2 wyznacza ścieżkę przyszłych odkryć naukowych i pogłębia zrozumienie podstawowych pojęć fizycznych, które wykraczają poza to, co wcześniej uważaliśmy za oczywiste.

Dalsze informacje i szczegóły dotyczące badania można znaleźć tutaj Tutaj, na temat roli ciemnej materii Tutaj oraz omówienie poszukiwań nowych cząstek Tutaj.