Prelom vo výskume miónov: Dosiahnutá presnosť magnetického momentu!

Prelom vo výskume miónov: Dosiahnutá presnosť magnetického momentu!

3. júna 2025 predstavila spolupráca Muon g-2 svoje tretie a posledné meranie anomálneho magnetického momentu miónu. Táto nová analýza dospela k experimentálnej hodnote aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 705 ± 0,000 000 000 148 a prekročila pôvodné ciele s neočakávane vysokou presnosťou 127 častí na miliardu. To demonštruje pozoruhodný pokrok v presnom meraní, ktoré hrá dôležitú úlohu v modernej časticovej fyzike.

Merania sa uskutočnili vo Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) a zahŕňajú údaje zo šesťročnej výskumnej fázy, ktorá trvala do 9. júla 2023. Počas tohto obdobia bolo nameraných vyše 308 miliárd miónov, pričom presnosť merania sa zlepšila z 200 na 127 častí v miliarde. Prof. Dr. Martin Fertl z Johannes Gutenberg University Mainz je jediným nemeckým výskumníkom v medzinárodnej spolupráci Muon g-2, ktorá spája takmer 180 vedcov z 37 inštitúcií v siedmich krajinách.

Pohľad na experiment s miónom g-2

Experiment Muon g-2 sleduje precesiu magnetického momentu miónov, ktoré sú im podobné, ale sú asi 200-krát ťažšie ako elektróny. Tieto základné častice majú relatívne krátku životnosť a predĺžené vlastnosti, ktoré sú ovplyvnené kolísaním vákua. Tieto výkyvy sú tiež dôvodom súčasnej odchýlky anomálneho magnetického momentu, ktorý sa odchyľuje asi o 0,1 % od teoretickej hodnoty. Experiment využíva supravodivý magnetický prstenec s priemerom 14 metrov na analýzu miónov za kontrolovaných podmienok.

Najnovšie výsledky sú v súlade s predchádzajúcimi meraniami z rokov 2021 a 2023, no ponúkli nové, presnejšie údaje. Iniciatíva Muon g-2 Theory Initiative súčasne zverejnila nové predpovede pre anomálny magnetický moment, ktoré dávajú teoretickú hodnotu aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 33 ± 0,000 000 000 62 na základe výpočtov mriežkového QCD. Táto dohoda by mohla poskytnúť dôkaz, že existujú fyzikálne javy, ktoré presahujú štandardný model.

Spojenie s temnou hmotou

Výskum anomálneho magnetického momentu by tiež mohol poskytnúť dôležité poznatky o temnej hmote, ktorá je považovaná za základný stavebný kameň štruktúr vo vesmíre. Fyzici hľadajú temnú hmotu pomocou dvoch metód: prostredníctvom priamych experimentov na urýchľovačoch častíc, ako je Veľký hadrónový urýchľovač, a prostredníctvom nepriamych štúdií známych fyzikálnych procesov, ktoré si vyžadujú presnosť. Merania vo Fermilabe ukázali, že mióny sú schopné hľadať vo vákuu virtuálne častice a tak potenciálne objaviť nové častice, ktoré by mohli tvoriť temnú hmotu.

Experimenty vo Fermilabe tiež spôsobili revolúciu v chápaní teoretických výpočtov, ktoré sa v minulosti líšili od pozorovaní. V najnovšej štúdii vyplynuli nové poznatky z podrobnejšieho zváženia fluktuácií vákua, vďaka čomu sú odchýlky od štandardného modelu zrozumiteľnejšie.

Aj keď je experiment Muon g-2 teraz dokončený, stále by mohol slúžiť ako referenčná hodnota pre budúce merania. Ďalší experiment v Japonsku má poskytnúť dodatočné údaje, aj keď s nižšou presnosťou, v 30. rokoch 20. storočia. Úlohou je interpretovať výsledky a nájsť odpovede na otázky, ktoré nastolili najnovšie výsledky, vrátane potreby objasniť, prečo neboli v LHC objavené žiadne nové častice.

Nedávne odhalenia a vývoj v teoretickej fyzike objasňujú, že niekedy protichodné výsledky experimentov s miónom g-2 a LHC by mohli viesť k vzrušujúcej fáze v časticovej fyzike, v ktorej budú spochybňované staré teórie a vyvinuté nové myšlienky s cieľom lepšie pochopiť vesmír a jeho základné sily.

V neposlednom rade spolupráca Muon g-2 definuje cestu pre budúce vedecké objavy a posúva pochopenie základných fyzikálnych konceptov, ktoré presahujú to, čo sme predtým považovali za samozrejmosť.

Ďalšie informácie a podrobnosti o štúdiu nájdete tu tu, o úlohe temnej hmoty tu a diskutovať o hľadaní nových častíc tu.