Najnovija istraživanja o anomaloznom magnetskom momentu muona
Pitanje fizičke prirode izvan standardnog modela fizike čestica dugo je bilo intrigantno, a jedan od najuzbudljivijih mogućnosti bio je nesklad u anomaloznom magnetskom momentu muona. Nakon unaprjeđenja teorija i visokopreciznih eksperimenata, znanstvenici su najfinally
napravili važnu objavu: standardni model fizike čestica ostaje ispravan. Iako su rezultati eksperimenta izuzetni, neki će možda biti razočarani. No, standardni model predstavlja vrhunac ljudske kreativnosti i naše najbolje razumijevanje načina na koje svemir funkcionira na razini čestica.
Što je muon?
Muon je težak rođak elektrona. Obe čestice imaju negativni električni naboj i inherentni spin. Također, čestice imaju magnetski moment (označen slovom g), koji prikazuje snagu magnetskog izvora. Teoretski, ako bi kvantna mehanika bila jednostavna, vrijednost bi bila jednaka 2. Međutim, kvantni svijet nije tako jednostavan i taj trenutak je malo drugačiji od 2. Ovaj razlika se naziva anomalozni magnetski moment i često se izražava kao g-2 (g minus dva). Dok je anomalozni magnetski moment elektrona poznat s tisuću puta većom preciznošću od muona, veća masa muona čini ovu mjeru 10,000 puta osjetljivijom na fiziku izvan standardnog modela.
Prekretnice u istraživanju muona
Prije otprilike deset godina, najbolja teoretska procjena anomaloznog magnetskog momenta muona i najbolja mjerenja razila su se na zabrinjavajući način. Nije bilo dovoljno da potvrdi fiziku izvan standardnog modela, ali je bilo dovoljno da se potakne duboka istraživanja. Teoriijska strana zahtijevala je veće računarske napore kako bi se došlo do preciznijeg razumijevanja svih čimbenika koji doprinose ovoj anomali, a koji su se na kraju pokazali bližima eksperimentalnoj vrijednosti nego što se prvotno mislilo.
Posljednji eksperimentalni rezultati
Na eksperimentalnoj strani, visoka preciznost mjerenja došla je iz Brookhaven Nacionalnog Laboratorija. Kako bi poboljšali preciznost, tim je trebao čistiji snop muona, a najbolja lokacija za to bila je Fermilab u Chicagu. Na taj način, ogromni eksperiment putovao je 5,000 kilometara (3,200 milja) s Long Islanda u New Yorku do Floride, prolazeći kroz Tennessee, kako bi stigao do Fermilaba.
U samo nekoliko tjedana, istraživači su objavili nove teoretske procjene anomaloznog magnetskog momenta i opservacijska mjerenja iz g-2 eksperimenta. Ovi rezultati pokazuju veliku usklađenost. “Kao što je to bio slučaj desetljećima, magnetski moment muona ostaje stroga mjerna točka standardnog modela,” izjavio je Simon Corrodi, pomoćni fizičar u Argonne Nacionalnom laboratoriju. “Novi eksperimentalni rezultati donose nova saznanja ovoj fundamentalnoj teoriji i postavljaju standard za svaku novu teoretsku procjenu koja će uslijediti.”
Završne misli
Konačni rezultati poklapaju se s prethodnim mjerenjima, a istovremeno ih značajno poboljšavaju. Cilj su im bili podaci s preciznošću od 140 dijelova na milijardu, a dosegli su 127 dijelova na milijardu. “Ovo je zaista uzbudljiv trenutak jer smo ne samo ostvarili naše ciljeve, već ih i premašili što nije lako postići u ovim preciznim mjerenjima,” rekao je Peter Winter, fizičar u Argonne Nacionalnom laboratoriju.
Suradnja Muon g-2 predstavlja istinski međunarodni i interdisciplinarni napor, uključujući skoro 176 znanstvenika iz 34 institucija u sedam zemalja. Njihova suradnja drastično je unaprijedila eksperiment koji će zauvijek ostati važan za testiranje drugih svojstava muona. Nova mjerenja g-2 započet će na Japan Proton Accelerator Research Complex početkom 2030-ih, dajući nova saznanja o ovom fascinantnom području fizike.
Ažuriranje istraživačkog rada planira se objaviti u časopisu Physical Review Letters, čime će se dodatno pridonijeti znanstvenoj zajednici i istraživanjima izvan granica našeg trenutnog razumijevanja svemira.
