Основные результаты
После измерения колебаний 300 миллиардов мюонов коллаборация Muon g − 2 с исключительной точностью определила внутренний магнетизм этих субатомных частиц. Магнитная сила мюона, или момент, стала предметом исследований в физике элементарных частиц за последние два десятилетия, поскольку эксперимент и теория, казалось, расходились в оценке его значения, что указывало на возможную новую физику.
Однако окончательные результаты эксперимента Muon g − 2 согласуются с последними прогнозами, дополнительно подтверждая стандартную модель физики элементарных частиц.
История вопроса
Мюон — тяжёлый родственник электрона — начал привлекать внимание физиков в 1990-х годах, когда эксперимент в Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке сообщил о первых намёках на то, что магнитное поведение мюона может не соответствовать предсказаниям, основанным на стандартной модели.
Для дальнейшего изучения этого расхождения большой магнит эксперимента был перемещён в 2013 году в Национальную лабораторию Ферми (Fermilab) в Иллинойсе. Первые результаты перенесённого эксперимента Muon g − 2 были опубликованы в 2021 году, показав хорошее согласие с результатами Брукхейвена и повысив значимость расхождения.
Завершение эксперимента
Коллаборация Muon g − 2 завершила сбор данных и опубликовала окончательный анализ. Значение мюонного момента, выраженное через аномальный магнитный момент, количественно определяет, насколько нормализованный момент частицы, называемый g, отличается от эталонного значения 2 (отсюда название эксперимента — « g минус 2»).
Конечное значение команды составляет aμ = 0,001165920705, что полностью соответствует предыдущим, менее точным экспериментальным результатам.
Важность результатов
Новый результат выделяется своей чувствительностью: полосы ошибок в 4 раза меньше, чем у эксперимента в Брукхейвене, и в 1,6 раза меньше, чем у предыдущего эксперимента в Фермилабе. Точность составляет 127 частей на миллиард, что сравнимо с взвешиванием бизона с точностью до 100 мг (эквивалентно взвешиванию семечки подсолнуха).
«Экспериментальное значение теперь стоит на очень твёрдой основе», — говорит представитель коллаборации Питер Уинтер из Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе. «Будет сложно превзойти эту точность в будущем».
Влияние на теорию
Возможность того, что результаты мюона могут указывать на новую физику, была уменьшена из-за несоответствий, которые возникли на стороне теории в последние годы. Существуют два основных способа расчёта магнитного момента мюона: метод, основанный на данных, и метод решётки КХД.
Недавние результаты решётки повысили уверенность теоретического сообщества в этом подходе. С другой стороны, расхождения появились в методе, основанном на данных, что поставило под сомнение его обоснованность.
Заключение
Эксперимент Muon g − 2 завершён. Большой магнит больше не поддерживается при криогенных температурах, и нет планов по перепрофилированию объекта. Однако физика мюонов продолжается. Фермилаб строит новый эксперимент для поиска редких переходов мюон-электрон, которые запрещены в стандартной модели.
Завершение эксперимента Muon g − 2 было захватывающим, но также немного печальным, говорит Уинтер. «Многие из нас работали над этим экспериментом более десяти лет. Это был отличный опыт и отличное сотрудничество».