Специалисты из коллаборации Muon g-2 Collaboration сделали значительный прорыв в изучении фундаментальных свойств материи. Они осуществили измерение магнитного момента мюона с беспрецедентной точностью, превысив предыдущий рекорд более чем в два раза.
Этот результат является итогом серии экспериментов, начатых в 2006 году. Мюоны, также известные как «тяжелые электроны», были разогнаны до околосветовых скоростей и помещены в магнитное поле, в 30 000 раз превышающее земное. Это вызвало прецессию мюонов вокруг их оси вращения вследствие собственного магнитного момента.
Сравнив частоту прецессии с частотой обращения мюонов в кольце, учёные смогли определить «аномальный магнитный момент» мюона с точностью до 0,2 частей на миллион. Это достижение может способствовать открытию новых физических явлений за пределами Стандартной модели.
Мюоны по массе превосходят электроны в 207 раз, однако обладают такими же электрическим зарядом и спином. Определение магнитных моментов лептонов представляет собой сложную задачу, требующую высокой точности. Теоретическое предсказание магнитного момента мюона основывается на квантовой электродинамике (КЭД) и включает вычисление тысячи сложных диаграмм Фейнмана.
Тем не менее, теория, предсказывающая аномальный магнитный момент мюона, отличается от теории электрона и является более сложной для прогнозирования. Применение результатов квантовой электродинамики аналогично электронам, но с учетом двух дополнительных факторов: вклада электрослабой теории и адронных эффектов в Стандартной модели.
Исследователи внесли поправки на множество систематических факторов, которые могли бы исказить результаты. Данные были собраны в период с марта по июль 2019 года и с ноября 2019 года по март 2020 года. Второй и третий запуска эксперимента содержали более чем в четыре раза больше данных, чем первый запуск в 2018 году, охватывая три года в целом.
Несмотря на вдвое улучшенную точность текущих данных, группа пришла к выводу, что сравнение с теорией пока невозможно. Даже для электронов необходимы предыдущие экспериментальные данные для корректировки теории адронных эффектов, и два доступных эксперимента показывают разночтения. Таким образом, высокая точность определения магнитного момента мюона также ограничена.
В дальнейшем анализу предстоит подвергнуть ещё три года данных, что, как ожидают учёные, позволит повысить статистическую точность (благодаря увеличенному числу измеренных мюонов) примерно в два раза. Это станет значительным шагом вперёд в понимании фундаментальных свойств материи и может способствовать открытию новых физических явлений за пределами Стандартной модели.
Источник: iXBT
