Новые частицы или силы природы - и почему это может изменить физику.

Новые частицы или силы природы - и почему это может изменить физику.

Мюоны тесно связаны с электронами, которые вращаются вокруг каждого атома и образуют строительные блоки материи. И электрон, и мюон обладают свойствами, точно предсказанными нашей современной лучшей научной теорией, описывающей субатомный, квантовый мир, стандартную модель физики частиц.

Новые частицы

Целое поколение ученых посвятили себя измерению этих свойств в мельчайших деталях. В 2001 году в ходе эксперимента было сделано предположение, что одно из свойств мюона не совсем то, что предсказывала стандартная модель, но для его подтверждения потребовались новые исследования. Физики перенесли часть эксперимента в новый ускоритель, в Фермилаб, и начали собирать больше данных.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Новое исследование подтвердило первоначальный результат. Это означает, что могут существовать новые частицы или силы, которые не учитываются в стандартной модели. В этом случае законы физики придется пересмотреть, и никто не знает, к чему это может привести.

Этот последний результат является результатом международного сотрудничества. Команда использует ускорители частиц для измерения свойства, называемого магнитным моментом мюона.

Каждый мюон ведет себя как магнит в виде крошечной решетки при воздействии магнитного поля, эффект, называемый магнитным моментом. У мюонов также есть свойство, называемое "спином", а связь между спином и магнитным моментом мюона называется g-фактором. Прогнозируется, что "g" электрона и мюона - два, поэтому g минус два (g-2) следует измерять как ноль. Это то, что испытывается в Фермилабе.

Для этих испытаний ученые использовали ускорители, ту же самую технологию, которую использует Cern на LHC. Ускоритель Фермилаб производит мюоны в очень больших количествах и очень точно измеряет, как они взаимодействуют с магнитным полем.

На поведение мюона влияют "виртуальные частицы", которые появляются и исчезают из вакуума. Они существуют мимолетно, но достаточно долго, чтобы влиять на то, как мюон взаимодействует с магнитным полем и изменяет измеряемый магнитный момент, пусть и на крошечную величину.

Стандартная модель предсказывает очень точно, лучше одной части на миллион, что это за эффект. Пока мы знаем, какие частицы пузырятся в вакууме и из него, эксперимент и теория должны совпадать. Но, если эксперимент и теория не совпадают, наше понимание супа виртуальных частиц может быть неполным.

Возможность появления новых частиц - это не пустые домыслы. Такие частицы могут помочь в объяснении некоторых больших проблем в физике. Почему, например, во Вселенной столько темной материи, что галактики вращаются быстрее, чем мы ожидали, и почему почти вся антивещество, созданное в Большом взрыве, исчезло?

На сегодняшний день проблема в том, что никто не видел ни одной из этих предложенных новых частиц. Хотелось надеяться, что LHC в Церне будет производить их в столкновениях между высокоэнергетическими протонами, но пока их не наблюдали.

Новое измерение использовало ту же самую технику, что и эксперимент в "Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке в начале века", который сам по себе последовал за серией измерений в Церне.

В эксперименте в Брукхейвене было измерено расхождение со стандартной моделью, которая имела шанс быть статистической случайностью с вероятностью 1 к 5 000. Это примерно такая же вероятность, как бросать монету 12 раз подряд, орлом вверх.

Это было заманчиво, но гораздо ниже порога открытия, который, как правило, должен быть лучше, чем 1 к 1,7 миллионам или 21 бросание монеты подряд. Чтобы определить, была ли в игре новая физика, ученым пришлось бы повысить чувствительность эксперимента в четыре раза.

Для улучшения измерений магнит, лежащий в основе эксперимента, необходимо было переместить в 2013 году на расстояние 3200 миль от Лонг-Айленда по морю и дороге в Фермилаб, недалеко от Чикаго, чьи ускорители могли бы дать обильный источник мюонов.

После этого вокруг магнита был построен новый эксперимент с использованием самых современных детекторов и оборудования. Эксперимент с мюонами g-2 начался в 2017 году в сотрудничестве с ветеранами из Брукхэвенского эксперимента и новым поколением физиков.

Новые результаты, полученные за первый год работы Fermilab, согласуются с измерениями, полученными в ходе брукхевенского эксперимента. Объединение результатов усиливает аргументы в пользу расхождения между экспериментальными измерениями и стандартной моделью. Шансы на то, что сейчас примерно одно из 40 000 расхождений является случайностью и все еще застенчивостью порога открытия золотого стандарта, составляют около одного из 40 000.

Интересно, что недавнее наблюдение в эксперименте LHCb в Церне также выявило возможные отклонения от стандартной модели. Захватывающим является то, что это также относится и к свойствам мюонов. На этот раз это различие в том, как мюоны и электроны производятся из более тяжелых частиц. Ожидается, что эти две скорости будут одинаковыми в стандартной модели, но экспериментальное измерение показало, что они отличаются.

Взятые вместе, результаты LHCb и Fermilab подтверждают тот факт, что мы наблюдали первое доказательство того, что предсказание стандартной модели провалилось, и что есть новые частицы или силы в природе, которые должны быть обнаружены.

Для окончательного подтверждения этого требуются дополнительные данные как из мюонного эксперимента Фермилаб, так и из эксперимента LHCb Церна. Результаты будут получены в ближайшие несколько лет. Фермилаб уже имеет в четыре раза больше данных, чем было использовано в этом недавнем результате, в настоящее время анализируется, Церн начал брать больше данных и проводить новое поколение мюонных экспериментов. Это захватывающая эра для физики. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet