Странные метания мюона заставили учёных вновь заговорить о "новой физике"

Исследователи Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (Fermilab, США) в ходе эксперимента Muon g-2 получили данные, свидетельствующие о существовании неизвестных элементарных частиц и взаимодействий между ними, не описываемых существующей физической теорией. Об этом сообщает пресс-служба Института ядерной физики (ИЯФ).

Учёные проводили масштабный эксперимент Muon g-2, в рамках которого измерялся аномальный магнитный момент мюона. Мюон – это элементарная частица, обладающая массой в 207 раз большей, чем у электрона, а также отрицательным электрическим зарядом и полуцелым спином.

Изучением мюонов физики занимаются очень давно. Они были обнаружены американским физиком Карлом Андерсоном ещё в 1936 году во время исследования вторичных космических лучей. Так называются потоки частиц, которые образуются в атмосфере Земли под действием первичных космических лучей, приходящих из космоса. Именно в составе этих "ливней" элементарных частиц мюоны попадают на поверхность Земли.

Известно, что на один квадратный метр планеты падает около 10 тысяч мюонов в минуту. В общем, нас ими бомбардирует как дождём, только мы этого не чувствуем.

Чем же эти элементарные частицы так интересны для физиков?

Во-первых, как мы уже сказали, масса мюона в 207 раз больше массы электрона. Во-вторых, мюоны обладают достаточно длительным временем жизни (до распада) – 2,2 микросекунды. По меркам человека это мгновение, но из всех распадающихся частиц дольше живёт только свободный нейтрон. А ещё мюоны космических лучей имеют скорости, близкие к скорости света.

Физики Fermilab измеряли так называемый аномальный магнитный момент мюона, на котором отражается то самое влияние. Ранее похожие измерения проводились в Брукхейвенской лаборатории (США). Эксперимент закончился около 20 лет назад. Но уже тогда была обнаружена разница между теоретическим предсказанием и экспериментальным значением магнитного момента мюона.

Поясним, что это указывает на тот факт, что физики не знают чего-то чрезвычайно важного о нашей Вселенной. Возможное объяснение наблюдаемого отличия – существование неизвестных науке частиц или взаимодействий, не описываемых стандартной моделью, сообщает ИЯФ. То есть расхождение между теорией и опытом указывает на то, что физики-теоретики не учли влияние неких неизвестных им частиц или сил.

На снимке выше показан центральный элемент эксперимента – сверхпроводящее магнитное накопительное кольцо диаметром 15 метров. Эксперимент проводится при температуре минус 232 градуса Цельсия и изучает прецессию (или колебания) мюонов при их движении в магнитном поле.

Тут стоит отметить, что нынешние исследования основывались на данных, которые были получены на коллайдере ВЭПП-2000 в ИЯФ. Именно эта информация использовалась учёными из США для проведения новых измерений.

И, так как эксперимент Фермилаб вновь подтвердил разницу между теоретическим предсказанием и экспериментальным значением магнитного момента мюона, учёные укрепились во мнении, что им нужно искать некие новые законы физики (ту самую "новую физику"), чтобы описать наблюдаемые отличия.

В то же время зафиксированная разница между экспериментальным и теоретическим значением аномального магнитного момента мюона недостаточна для того, чтобы уверенно утверждать, что существующая теория не полна, отмечают физики. Ведь они работают не ради сенсации и не станут заявлять о прорыве, будучи не до конца уверенными в полученных результатах.

Тем не менее вероятность случайно получить наблюдаемое отличие также очень мала. Она составляет меньше одной тысячной. Как выражаются физики, надёжность результата составляет 4,2 сигма. Между тем "золотым стандартом" физики считается значение 5 сигм. Так что учёным ещё есть куда стремиться.

Требуется дальнейшее увеличение точности как эксперимента, так и теоретического расчёта, подчёркивает пресс-служба ИЯФ.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".