Genombrott i myonforskning: Magnetisk momentprecision uppnådd!

Genombrott i myonforskning: Magnetisk momentprecision uppnådd!

Den 3 juni 2025 presenterade Muon g-2-samarbetet sin tredje och sista mätning av myonens anomala magnetiska ögonblick. Denna nya analys kom fram till ett experimentellt värde på aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 705 ± 0,000 000 000 148 och överskred de initiala målen med en oväntat hög noggrannhet på 127 delar per miljard. Detta visar anmärkningsvärda framsteg inom precisionsmätning, som spelar en viktig roll i modern partikelfysik.

Mätningarna utfördes vid Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) och inkluderar data från en sexårig forskningsfas som varade fram till den 9 juli 2023. Under denna period uppmättes över 308 miljarder myoner, varvid noggrannheten i mätningen förbättrades från 200 till 127 delar på en miljard. Prof. Dr. Martin Fertl från Johannes Gutenberg University Mainz är den enda tyska forskaren i det internationella Muon g-2-samarbetet, som samlar nästan 180 forskare från 37 institutioner i sju länder.

En titt på muon g-2-experimentet

Muon g-2-experimentet spårar precessionen av det magnetiska momentet för myoner, som liknar dem men ungefär 200 gånger tyngre än elektroner. Dessa fundamentala partiklar har relativt kort livslängd och förlängda egenskaper som påverkas av vakuumfluktuationer. Dessa fluktuationer är också orsaken till strömavvikelsen för det anomala magnetiska momentet, som avviker med cirka 0,1 % från det teoretiska värdet. Experimentet använder en supraledande magnetisk ring med en diameter på 14 meter för att analysera myonerna under kontrollerade förhållanden.

De senaste resultaten överensstämmer med tidigare mätningar från 2021 och 2023, men erbjöd nya, mer exakta data. Muon g-2 Theory Initiative har samtidigt publicerat nya förutsägelser för det anomala magnetiska momentet, som ger ett teoretiskt värde på aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 33 ± 0,000 000 000 62 baserat på gitter QCD-beräkningar. Detta avtal kan ge bevis på att det finns fysiska fenomen som går utöver standardmodellen.

Kopplingar till mörk materia

Forskning om det anomala magnetiska momentet skulle också kunna ge viktiga insikter om mörk materia, som anses vara den grundläggande byggstenen för strukturerna i universum. Fysiker söker efter mörk materia med två metoder: genom direkta experiment med partikelacceleratorer som Large Hadron Collider, och genom indirekta studier av kända fysikaliska processer som kräver precision. Mätningarna vid Fermilab har visat att myoner kan söka i vakuumet efter virtuella partiklar och därmed potentiellt upptäcka nya partiklar som kan utgöra mörk materia.

Experimenten på Fermilab har också revolutionerat förståelsen av teoretiska beräkningar som tidigare avvek från observationer. I den senaste studien framkom nya insikter från mer detaljerad övervägande av vakuumfluktuationer, vilket gör avvikelserna från standardmodellen mer begripliga.

Även om Muon g-2-experimentet nu är klart, kan det fortfarande fungera som ett riktmärke för framtida mätningar. Ett annat experiment i Japan planeras för att ge ytterligare data, om än med lägre precision, på 2030-talet. Utmaningen är att tolka resultaten och hitta svar på de frågor som väckts av de senaste resultaten, inklusive behovet av att klargöra varför inga nya partiklar upptäcktes i LHC.

Nya avslöjanden och utvecklingen inom teoretisk fysik gör det klart att de ibland motsägelsefulla resultaten av muon g-2 och LHC-experimenten kan leda till en spännande fas i partikelfysiken där gamla teorier kommer att ifrågasättas och nya idéer utvecklas för att bättre förstå universum och dess grundläggande krafter.

Sist men inte minst, Muon g-2-samarbetet definierar vägen för framtida vetenskapliga upptäckter och främjar förståelsen av grundläggande fysiska begrepp som går utöver vad vi tidigare tar för givet.

Mer information och detaljer om studien finns här här, om mörk materias roll här och att diskutera sökandet efter nya partiklar här.