Новая физика на основе магнитного момента мюона? Что это — пятая сила природы или просто фантастика?

Новая физика на основе магнитного момента мюона? Что это - пятая сила природы или просто фантастика?

Ученые наткнулись на неизвестную природную силу в результате исследования магнитного момента мюона.

Что такое мюон и как он дружит со Стандартной моделью физики?

Мюон это — более тяжелая сестричка электрона. Причем еще и крайне нестабильная. Этих малышей вокруг нас великое множество. И все потому, что они появляются в результате столкновения лучей из космического пространства с частицами нашей атмосферы. Мюоны способны проходить сквозь материю, поэтому исследователи используют этих малюток для исследования внутренних труднодоступных структур, начиная от вулканов, заканчивая египетскими пирамидами.

У мюонов, впрочем, как и у электронов, есть электрический заряд, благодаря чему создаются крошечные магнитные поля.

Надо понимать одно. Практически все во Вселенной, начиная с того, как построены атомы, заканчивая тем, как работает мобильный телефон, и, как движутся галактики, — можно описать четырьмя взаимодействиями. И две основные системы мы знаем. Это — гравитация и электромагнитизм. Но есть еще такая сила в виде слабого взаимодействия, которое отвечает за радиоактивный распад. Существует и сильное взаимодействие, которое отвечает за удержание протонов и нейтронов вместе внутри атомного ядра.

Описанная выше система, за вычетом гравитации, и считается учеными Стандартной моделью физики элементарных частиц. И именно эта система своими взаимодействиями вносит определенный вклад в магнитный момент мюона самыми разными способами. Более того, исследователи совершенно точно знают и понимают, как на мюоны влияет слабое взаимодействие и электромагнитизм. А вот определить, как сильное взаимодействие работает в этой физике, определить пока не получается. Очень сложная задача попалась.

Новая физика на основе магнитного момента мюона? Что это - пятая сила природы или просто фантастика?

И вот, что является самым трудным — Leading Order Hadronic Vacuum Polarization или Ведущий порядок Адронной Вакуумной Поляризации. И до сих в изучении этого вопроса использовался общий теоретико-экспериментальный подход. Собирались данные о столкновениях между электронами и позитронами (противоположностью электронов) и использовались для расчета вклада сильного взаимодействия в магнитный момент мюона. Физики использовали этот подход на протяжении десятилетий. Последние результаты относятся к 2020 году и дают очень точную оценку.

В Брукхейвенской национальной лаборатории исследователи сначала создали мюоны в ускорителе частиц. Потом вели наблюдения за их перемещением в магнитном поле. Для опыта использовался гигантский электромагнит шириной в пятнадцать метров. Анализируя, как мюоны движутся и распадаются, они смогли напрямую измерить магнитный момент мюона. Настоящим сюрпризом стал момент, когда прямое измерение магнитного момента мюона Брухейвеном в 2006 году оказалось больше, чем должно было быть согласно теории.

Такой результат заставил серьезно задуматься над тремя моментами: либо теоретические вычисления были неверны, либо эксперимент неправильным, либо — и это действительно шокирующая мысль — исследователи нашли признаки существования неизвестной природной силы.

Как бы то ни было, чтобы подтвердить или опровергнуть новые выводы, придется провести еще множество экспериментов. И возможно, физика вскоре будет потрясена новыми неожиданными ответами.

Популярные материалы