Мюонът и новата физика

Снимка: Ryan Postel, Fermilab

Физиците може да имат още една фундаментална частица за откриване, пише Inverse. Когато физиците от Големия андронен колайдер откриха Хигс бозона през 2012 г., те откриха последното липсващо парче от Вселената - или поне така изглеждаше. Уравненията, които описват как работи Вселената в нейния най-малък мащаб, наречени Стандартен модел, отдавна са имали празно място за още един бозон, частица, която носи енергия и сила (фотона също е вид бозон). Но новите данни от експерименти в Националната ускорителна лаборатория на Ферми или Fermilab изглежда предполагат, че има още едно празно място в Стандартния модел, което физиците да попълнят.

Частиците, наречени мюони, трептят, когато ги поставите в магнитни полета, и екип от повече от 200 физици в 7 страни прекара последните 6 години в измерване на скоростта на тези трептения. Мюоните трептят малко по-различно от прогнозите на Стандартния модел и това може да означава, че има нещо, което липсва в Стандартния модел - нещо, което физиците дори не са осъзнали, че липсва. Липсващият термин може да е фундаментална природна сила или нов тип частица, или нищо.

Екипът физици обяви своите открития в съобщение за пресата и изпрати статия в списанието Physical Review Letters.

Физиците от Fermilab прекарват последните 6 години в измерване на това колко бързо субатомните частици, наречени мюони, трептят в отговор на мощно магнитно поле. (Мюоните са отрицателно заредени частици около 200 пъти по-масивни от електроните; като електроните те са фундаментални частици, което означава, че не са съставени от по-малки частици.) Това звучи езотерично, но е ключът към разбирането на нещо фундаментално за това как работи нашата Вселена.

Стандартният модел прогнозира колко бързо един мюон трябва да трепти в магнитно поле и също така прогнозира точно как малките субатомни частици, които мигат и изчезват наблизо, могат едва доловимо да побутнат трептящия мюон. Но в експерименти в реалния свят мюоните изглежда трептят с много малко по-различна скорост от тази, която прогнозира Стандартният модел.

Какво значи това? Или нещо липсва в уравненията на Стандартния модел, или числата, които физиците са включили в тези уравнения, просто не са достатъчно точни. Това може да означава, че на нашата карта на физиката е останало празно петно, като например невъобразим досега тип фундаментална частица. Ако бъдещи експерименти и изчисления сочат в тази посока, това ще изпрати физиците на лов за мистериозна частица, която ще съперничи на лова на Хигс бозона. От друга страна, може да означава и нищо.

Какво (може би) означават откритията?

Новото измерване се нарича "g-2". Буквата "g" означава магнитен момент, или колко мюони са склонни да се подредят с магнитни полета (можете да изчислите „g“, ако знаете силата на магнитното поле и скоростта на прецесия на мюоните, летящи през него ). Стандартният модел предвижда, че "g" трябва да бъде 2, но реалните измервания никога не са точно 2. Физиците се надяват, че разликата между теоретичното "g" и "g" в реалния свят (написано като "g-2") ще помогне да се тества Стандартния модел.

Според последните изчисления от новата партида данни на FermiLab, g-2=0,00233184110. Това е малко число, но в това малко число може да има фини влияния на физически сили или видове материя, които физиците дори не са си представяли.

Това също може да е знак, че физиците, занимаващи се с данни, използвани за изграждане на стандартния модел, трябва да бъдат по-прецизни.

Стандартният модел и неговите прогнози зависят от изключително прецизни данни за малките субатомни частици, техните свойства и тяхното поведение. Друг екип от изследователи наскоро публикува някои нови, по-прецизни измервания за някои от тези данни. И още един екип наскоро изчисли нова прогноза за това колко бързо трябва да трептят мюоните, базирано на различен теоретичен модел.

Изследователите от Fermilab прекараха последните 6 години в събиране на данни и тяхната новообявена стойност на "g-2" е продукт на данните от първите 4 години. В началото на миналия месец мюонният лъч се изключи за последен път (все пак за този експеримент) и физиците ще прекарат следващите 2 години в анализиране на всички данни от 6 години, които трябва да им дадат отговора, който търсят. Някъде през 2025 г. те ще пуснат нова стойност за "g-2" с още по-малко несигурности от тази.

Напълно възможно е новите измервания и новите експериментални данни да разрешат всичко. Или може би квантовата физика е на път да бъде пренаписана. Времето ще покаже.