Muon g–2: tímamótarannsókn áskoranir reglubók um eðlisfræði agna

Staðlaða líkanið er ströng kenning sem spáir fyrir um hegðun byggingareininga alheimsins.

Hugmynd listamannsins um leyndardóminn um segulmagnaðir augnablik múonsins. (Heimild: Dani Zemba, Pennsylvania State University)

Nýbirtar niðurstöður alþjóðlegrar tilraunar benda til þess að ný eðlisfræði stýri náttúrulögmálum, segja vísindamenn. Niðurstöður tilraunarinnar, sem rannsakað subatomic ögn sem kallast múon , passa ekki við spár Standard Model, sem öll eðlisfræði agna byggir á, og staðfesta þess í stað misræmi sem greinst hafði í tilraun 20 árum áður. Með öðrum orðum, eðlisfræðin sem við þekkjum getur ekki ein og sér útskýrt mældar niðurstöður. Rannsóknin hefur verið birt í tímaritinu Physical Review Letters.

Fréttabréf| Smelltu til að fá bestu útskýringar dagsins í pósthólfið þitt

Hvað er Standard Model?

Staðlaða líkanið er ströng kenning sem spáir fyrir um hegðun byggingareininga alheimsins. Þar eru settar fram reglur fyrir sex tegundir kvarka, sex leptóna, Higgs-bósónið, þrjá grundvallarkrafta og hvernig subatomískir agnir hegða sér undir áhrifum rafsegulkrafta.

Múonið er einn af leptónunum. Hún er svipuð rafeindinni, en 200 sinnum stærri og mun óstöðugri, sem lifir af í brot úr sekúndu. Tilraunin, kölluð Muon g-2 (g mínus tveir), var gerð á Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) bandaríska orkumálaráðuneytisins.

Um hvað snerist þessi tilraun?

Það mældi magn sem tengist múoninu, í kjölfar fyrri tilraunar á Brookhaven National Laboratory, undir bandaríska orkumálaráðuneytinu. Lokað var árið 2001, Brookhaven tilraunin leiddi til niðurstöður sem voru ekki eins í samræmi við spár Standard Model.

Muon g–2 tilraunin mældi þetta magn af meiri nákvæmni. Leitast var við að komast að því hvort misræmið yrði viðvarandi eða hvort nýju niðurstöðurnar væru nær spám. Eins og kom í ljós kom aftur misræmi, þó minna væri.

TAKTU ÞÁTT NÚNA :The Express Explained Telegram Channel

Hvaða magn var mælt?

Hann er kallaður g–stuðull, mælikvarði sem kemur frá segulmagnaðir eiginleikar múonsins. Vegna þess að múonið er óstöðugt rannsaka vísindamenn hvaða áhrif það skilur eftir sig á umhverfi sitt.

Múónar virka eins og þeir hafi lítinn innri segul. Í sterku segulsviði sveiflast stefna þessa seguls — alveg eins og ás snúnings. Hraðanum sem múonið sveiflast á er lýst með g-stuðlinum, magninu sem mældist. Vitað er að þetta gildi er nálægt 2, þannig að vísindamenn mæla frávikið frá 2. Þess vegna er nafnið g–2.

Hægt er að reikna g-stuðulinn nákvæmlega með því að nota staðlaða líkanið. Í g-2 tilrauninni mældu vísindamenn það með tækjum með mikilli nákvæmni. Þeir mynduðu múóna og fengu þá til að dreifa í stórum segli. Múonarnir höfðu einnig samskipti við skammtafroðu af subatomic agnum sem poppuðu inn og út úr tilverunni, eins og Fermilab lýsti því. Þessi víxlverkun hefur áhrif á gildi g-þáttarins, sem veldur því að múonin sveiflast aðeins hraðar eða aðeins hægar. Hægt er að reikna út hversu mikið þetta frávik verður (þetta er kallað afbrigðilegt segulmagnaðir augnablik) með staðlaða líkaninu. En ef skammtafroðan inniheldur viðbótarkrafta eða agnir sem staðallíkanið gerir ekki grein fyrir, myndi það fínstilla g-stuðulinn frekar.

Hverjar voru niðurstöðurnar?

Niðurstöðurnar, þó að þær séu frábrugðnar Standard Model spánni, eru mjög sammála Brookhaven niðurstöðunum, sagði Fermilab.

Viðurkennd fræðileg gildi fyrir múonið eru:
g-stuðull: 2.00233183620
afbrigðilegt segulmagnaðir augnablik: 0,00116591810

Nýju tilraunaniðurstöðurnar (samanlögð úr Brookhaven og Fermilab niðurstöðunum) sem tilkynntar voru á miðvikudaginn eru:
g-stuðull: 2.00233184122
afbrigðilegt segulmagnaðir augnablik: 0,00116592061.

Hvað þýðir þetta?

Niðurstöðurnar frá Brookhaven, og nú Fermilab, gefa til kynna að óþekkt víxlverkun sé á milli múonsins og segulsviðsins - víxlverkun sem gæti falið í sér nýjar agnir eða krafta. Það er þó ekki síðasta orðið í að opna veginn til nýrrar eðlisfræði.

Til að krefjast uppgötvunar þurfa vísindamenn niðurstöður sem víkja frá staðallíkaninu með 5 staðalfrávikum. Samanlagðar niðurstöður frá Fermilab og Brookhaven eru frávik um 4,2 staðalfrávik. Þó að þetta sé kannski ekki nóg, er mjög ólíklegt að það sé tilviljun - þær líkur eru um 1 af hverjum 40.000, sagði Argonne National Laboratory, einnig undir bandaríska orkumálaráðuneytinu, í fréttatilkynningu.

Þetta er sterk sönnun þess að múonið sé viðkvæmt fyrir einhverju sem er ekki í okkar bestu kenningu, sagði Renee Fatemi, eðlisfræðingur við háskólann í Kentucky og hermirstjóri Muon g-2 tilraunarinnar, í yfirlýsingu sem Fermilab sendi frá sér.

Deildu Með Vinum Þínum: