Muon g-2: skelsættende undersøgelse udfordrer regelbogen for partikelfysik
Standardmodellen er en streng teori, der forudsiger adfærden af universets byggesten.
Kunstnerens opfattelse af mysteriet om myonens magnetiske øjeblik. (Kilde: Dani Zemba, Pennsylvania State University) Nyligt offentliggjorte resultater af et internationalt eksperiment antyder muligheden for ny fysik, der styrer naturens love, siger videnskabsmænd. Resultaterne af eksperimentet, som undersøgte en subatomær partikel kaldet myonen , stemmer ikke overens med forudsigelserne fra Standardmodellen, som al partikelfysik er baseret på, og bekræfter i stedet en uoverensstemmelse, der var blevet opdaget i et eksperiment 20 år tidligere. Med andre ord kan den fysik, vi kender, ikke alene forklare de målte resultater. Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Physical Review Letters.
Nyhedsbrev| Klik for at få dagens bedste forklaringer i din indbakke
Hvad er standardmodellen?
Standardmodellen er en streng teori, der forudsiger adfærden af universets byggesten. Den opstiller reglerne for seks typer kvarker, seks leptoner, Higgs-bosonen, tre grundlæggende kræfter, og hvordan de subatomære partikler opfører sig under påvirkning af elektromagnetiske kræfter.
Myonen er en af leptonerne. Den ligner elektronen, men 200 gange større og meget mere ustabil, og overlever i en brøkdel af et sekund. Eksperimentet, kaldet Muon g-2 (g minus to), blev udført ved det amerikanske energiministeriums Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab).
Hvad handlede dette eksperiment om?
Den målte en mængde relateret til myonen, som følge op på et tidligere eksperiment ved Brookhaven National Laboratory under det amerikanske energiministerium. Afsluttet i 2001 kom Brookhaven-eksperimentet med resultater, der ikke var identisk med standardmodellens forudsigelser.
Muon g-2-eksperimentet målte denne mængde med større nøjagtighed. Den søgte at finde ud af, om uoverensstemmelsen ville fortsætte, eller om de nye resultater ville være tættere på forudsigelser. Som det viste sig, var der en uoverensstemmelse igen, dog mindre.
DELTAG NU :Express Explained Telegram Channel
Hvilken mængde blev målt?
Det kaldes g-faktoren, et mål, der stammer fra myonens magnetiske egenskaber. Fordi myonen er ustabil, studerer forskere den effekt, den efterlader på sine omgivelser.
Muoner fungerer, som om de har en lille indre magnet. I et stærkt magnetfelt slingrer retningen af denne magnet - ligesom aksen på en snurretop. Den hastighed, hvormed myonen slingrer, beskrives af g-faktoren, den mængde, der blev målt. Denne værdi er kendt for at være tæt på 2, så videnskabsmænd måler afvigelsen fra 2. Deraf navnet g–2.
G-faktoren kan beregnes præcist ved hjælp af standardmodellen. I g-2-eksperimentet målte videnskabsmænd det med højpræcisionsinstrumenter. De genererede myoner og fik dem til at cirkulere i en stor magnet. Myonerne interagerede også med et kvanteskum af subatomære partikler, der poppede ind og ud af eksistensen, som Fermilab beskrev det. Disse interaktioner påvirker værdien af g-faktoren, hvilket får myonerne til at slingre lidt hurtigere eller lidt langsommere. Hvor meget denne afvigelse vil være (dette kaldes unormalt magnetisk moment), kan også beregnes med standardmodellen. Men hvis kvanteskummet indeholder yderligere kræfter eller partikler, som standardmodellen ikke tager højde for, ville det justere g-faktoren yderligere.
Hvad var resultaterne?
Resultaterne, selvom de afviger fra standardmodellens forudsigelse, er stærkt enige med Brookhaven-resultaterne, sagde Fermilab.
darcy lapier alder
De accepterede teoretiske værdier for myonen er:
g-faktor: 2,00233183620
unormalt magnetisk moment: 0,00116591810
De nye eksperimentelle resultater (kombineret fra Brookhaven- og Fermilab-resultaterne) annonceret onsdag er:
g-faktor: 2,00233184122
unormalt magnetisk moment: 0,00116592061.
Hvad betyder det?
Resultaterne fra Brookhaven, og nu Fermilab, antyder eksistensen af ukendte interaktioner mellem myonen og magnetfeltet - interaktioner, der kan involvere nye partikler eller kræfter. Det er dog ikke det sidste ord, der åbner vejen for ny fysik.
For at gøre krav på en opdagelse kræver forskere resultater, der afviger fra standardmodellen med 5 standardafvigelser. De samlede resultater fra Fermilab og Brookhaven afviger med 4,2 standardafvigelser. Selvom dette måske ikke er nok, er det meget usandsynligt, at det er et lykketræf - den chance er omkring 1 ud af 40.000, sagde Argonne National Laboratory, også under det amerikanske energiministerium, i en pressemeddelelse.
Dette er et stærkt bevis på, at myonen er følsom over for noget, der ikke er i vores bedste teori, sagde Renee Fatemi, en fysiker ved University of Kentucky og simuleringslederen for Muon g-2-eksperimentet, i en erklæring udgivet af Fermilab.
Del Med Dine Venner:
