Preboj v raziskavah mionov: Dosežena natančnost magnetnega momenta!

Preboj v raziskavah mionov: Dosežena natančnost magnetnega momenta!

3. junija 2025 je kolaboracija Muon g-2 predstavila svojo tretjo in zadnjo meritev nenormalnega magnetnega momenta miona. Ta nova analiza je dosegla eksperimentalno vrednost aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 705 ± 0,000 000 000 148 in presegla začetne cilje z nepričakovano visoko natančnostjo 127 delcev na milijardo. To dokazuje izjemen napredek pri natančnem merjenju, ki ima pomembno vlogo v sodobni fiziki delcev.

Meritve so bile izvedene v Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) in vključujejo podatke iz šestletne raziskovalne faze, ki je trajala do 9. julija 2023. V tem obdobju je bilo izmerjenih več kot 308 milijard mionov, pri čemer se je natančnost meritve izboljšala z 200 na 127 delov v milijardi. Prof. dr. Martin Fertl z univerze Johannes Gutenberg Mainz je edini nemški raziskovalec v mednarodni kolaboraciji Muon g-2, ki združuje skoraj 180 znanstvenikov iz 37 institucij v sedmih državah.

Pogled na eksperiment z mionom g-2

Eksperiment Muon g-2 sledi precesiji magnetnega momenta mionov, ki so jim podobni, a približno 200-krat težji od elektronov. Ti temeljni delci imajo razmeroma kratko življenjsko dobo in razširjene lastnosti, na katere vplivajo vakuumska nihanja. Ta nihanja so tudi razlog za trenutno odstopanje anomalnega magnetnega momenta, ki za okoli 0,1 % odstopa od teoretične vrednosti. Eksperiment uporablja superprevodni magnetni obroč s premerom 14 metrov za analizo mionov pod nadzorovanimi pogoji.

Zadnji rezultati so skladni s prejšnjimi meritvami iz let 2021 in 2023, vendar so ponudili nove, natančnejše podatke. Pobuda za teorijo Muon g-2 je istočasno objavila nove napovedi za nenormalni magnetni moment, ki dajejo teoretično vrednost aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 33 ± 0,000 000 000 62 na podlagi izračunov QCD mreže. Ta sporazum bi lahko zagotovil dokaze, da obstajajo fizični pojavi, ki presegajo standardni model.

Povezave s temno snovjo

Raziskave nenormalnega magnetnega momenta bi lahko zagotovile tudi pomemben vpogled v temno snov, ki velja za osnovni gradnik struktur v vesolju. Fiziki iščejo temno snov z dvema metodama: z neposrednimi poskusi na pospeševalnikih delcev, kot je Veliki hadronski trkalnik, in s posrednimi študijami znanih fizikalnih procesov, ki zahtevajo natančnost. Meritve v Fermilabu so pokazale, da lahko mioni v vakuumu iščejo virtualne delce in tako potencialno odkrijejo nove delce, ki bi lahko sestavljali temno snov.

Poskusi v Fermilabu so prav tako spremenili razumevanje teoretičnih izračunov, ki so se v preteklosti razlikovali od opazovanj. V najnovejši študiji so iz podrobnejše obravnave vakuumskih nihanj izšli novi vpogledi, zaradi česar so odstopanja od standardnega modela bolj razumljiva.

Čeprav je poskus Muon g-2 zdaj končan, lahko še vedno služi kot merilo za prihodnje meritve. Načrtuje se, da bo v letih 2030 še en poskus na Japonskem zagotovil dodatne podatke, čeprav z nižjo natančnostjo. Izziv je interpretacija rezultatov in iskanje odgovorov na vprašanja, ki jih postavljajo najnovejši rezultati, vključno s potrebo po razjasnitvi, zakaj v LHC niso odkrili novih delcev.

Nedavna razkritja in razvoj v teoretični fiziki jasno kažejo, da bi lahko včasih nasprotujoči si rezultati eksperimentov z mionom g-2 in LHC pripeljali do vznemirljive faze v fiziki delcev, v kateri bodo pod vprašaj postavljene stare teorije in razvite nove ideje, da bi bolje razumeli vesolje in njegove temeljne sile.

Nenazadnje sodelovanje Muon g-2 opredeljuje pot za prihodnja znanstvena odkritja in pospešuje razumevanje temeljnih fizikalnih konceptov, ki presegajo tisto, kar smo prej jemali za samoumevno.

Dodatne informacije in podrobnosti o študiji najdete tukaj tukaj, o vlogi temne snovi tukaj in razpravljati o iskanju novih delcev tukaj.