Muon g–2. մասնիկների ֆիզիկայի ուղենիշային մարտահրավերների ուսումնասիրության կանոնագիրք - Դեկտեմբեր 2022

Ստանդարտ մոդելը խիստ տեսություն է, որը կանխատեսում է տիեզերքի կառուցվածքային տարրերի վարքը:

Նկարչի պատկերացումները մյուոնի մագնիսական պահի առեղծվածի մասին: (Աղբյուր՝ Դանի Զեմբա, Փենսիլվանիայի պետական ​​համալսարան)

Գիտնականները նշում են, որ միջազգային փորձի նոր հրապարակված արդյունքները հուշում են բնության օրենքները կարգավորող նոր ֆիզիկայի հնարավորության մասին: Փորձի արդյունքները, որոնք ուսումնասիրել են ենթաատոմային մասնիկ, որը կոչվում է մյուոն , չեն համապատասխանում Ստանդարտ մոդելի կանխատեսումներին, որոնց վրա հիմնված է ամբողջ մասնիկների ֆիզիկան, և փոխարենը վերահաստատում է անհամապատասխանությունը, որը հայտնաբերվել էր 20 տարի առաջ փորձի ժամանակ։ Այլ կերպ ասած, մեզ հայտնի ֆիզիկան միայնակ չի կարող բացատրել չափված արդյունքները: Հետազոտությունը հրապարակվել է Physical Review Letters ամսագրում:





Տեղեկագիր| Սեղմեք՝ օրվա լավագույն բացատրությունները ձեր մուտքի արկղում ստանալու համար

Ի՞նչ է ստանդարտ մոդելը:



Ստանդարտ մոդելը խիստ տեսություն է, որը կանխատեսում է տիեզերքի կառուցվածքային տարրերի վարքը: Այն սահմանում է վեց տեսակի քվարկների, վեց լեպտոնների, Հիգսի բոզոնի, երեք հիմնարար ուժերի կանոնները և ինչպես են ենթաատոմային մասնիկներն իրենց պահում էլեկտրամագնիսական ուժերի ազդեցության տակ։

Մյուոնը լեպտոններից մեկն է։ Այն նման է էլեկտրոնին, բայց 200 անգամ ավելի մեծ և շատ ավելի անկայուն՝ գոյատևելով վայրկյանի մի մասի համար: Գիտափորձը, որը կոչվում է Muon g–2 (գ մինուս երկու), իրականացվել է ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարության Ֆերմի ազգային արագացուցիչ լաբորատորիայում (Fermilab):



Ինչի՞ մասին էր այս փորձը:

Այն չափել է մյուոնի քանակությունը՝ հետևելով ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարության ենթակայության Բրուքհեյվեն ազգային լաբորատորիայում անցկացված նախորդ փորձին: Ավարտվելով 2001 թվականին, Բրուքհեյվենի փորձը հանգեց արդյունքների, որոնք չեն համապատասխանում ստանդարտ մոդելի կանխատեսումներին:



Muon g-2 փորձը չափեց այս քանակությունը ավելի մեծ ճշգրտությամբ: Այն փորձում էր պարզել՝ արդյոք անհամապատասխանությունը կպահպանվի՞, թե՞ նոր արդյունքներն ավելի մոտ կլինեն կանխատեսումներին: Ինչպես պարզվեց, կրկին անհամապատասխանություն եղավ, թեև ավելի փոքր։

ՄԻԱՑԻՐ ՀԻՄԱ :Express Explained Telegram-ի ալիքը



Ի՞նչ քանակ է չափվել:

Այն կոչվում է g–գործոն, չափում, որը բխում է մյուոնի մագնիսական հատկություններից։ Քանի որ մյուոնն անկայուն է, գիտնականներն ուսումնասիրում են այն ազդեցությունը, որը թողնում է իր շրջապատի վրա:



Մյուոնները գործում են այնպես, կարծես նրանք ունեն փոքրիկ ներքին մագնիս: Ուժեղ մագնիսական դաշտում այս մագնիսի ուղղությունը տատանվում է, ինչպես պտտվող գագաթի առանցքը: Մյուոնի տատանումների արագությունը նկարագրվում է g գործոնով, այն մեծությամբ, որը չափվել է: Հայտնի է, որ այս արժեքը մոտ է 2-ին, ուստի գիտնականները չափում են շեղումը 2-ից: Այստեղից էլ առաջացել է g–2 անվանումը:

G-գործոնը կարելի է ճշգրիտ հաշվարկել ստանդարտ մոդելի միջոցով: g–2 փորձի ժամանակ գիտնականները չափել են այն բարձր ճշգրտության գործիքներով։ Նրանք ստեղծեցին մյուոններ և ստիպեցին դրանք շրջանառել մեծ մագնիսի մեջ: Մյուոնները փոխազդում են նաև ենթաատոմային մասնիկների քվանտային փրփուրի հետ, որոնք ներթափանցում և դուրս են գալիս գոյության մեջ, ինչպես նկարագրել է Ֆերմիլաբը: Այս փոխազդեցությունները ազդում են g գործոնի արժեքի վրա՝ պատճառ դառնալով, որ մյուոնները մի փոքր ավելի արագ կամ մի փոքր դանդաղ տատանվեն։ Թե որքան կլինի այս շեղումը (սա կոչվում է անոմալ մագնիսական պահ), նույնպես կարելի է հաշվարկել Ստանդարտ մոդելի միջոցով: Բայց եթե քվանտային փրփուրը պարունակում է լրացուցիչ ուժեր կամ մասնիկներ, որոնք հաշվի չեն առնվում Ստանդարտ մոդելի կողմից, դա ավելի կկտրի g-գործոնը:



Որո՞նք էին բացահայտումները:

Արդյունքները, թեև տարբերվում են Ստանդարտ մոդելի կանխատեսումից, միանգամայն համաձայն են Բրուքհեյվենի արդյունքների հետ, ասաց Ֆերմիլաբը:

Մյուոնի համար ընդունված տեսական արժեքներն են.
g-գործոն: 2.00233183620
անոմալ մագնիսական պահ. 0.00116591810

Չորեքշաբթի օրը հայտարարված նոր փորձարարական արդյունքները (համակցված Բրուքհավենի և Ֆերմիլաբի արդյունքներից) հետևյալն են.
g-գործոն: 2.00233184122
անոմալ մագնիսական պահ. 0.00116592061.

Ինչ է սա նշանակում?

Brookhaven-ի և այժմ Fermilab-ի արդյունքները հուշում են մյուոնի և մագնիսական դաշտի միջև անհայտ փոխազդեցությունների առկայության մասին. փոխազդեցություններ, որոնք կարող են ներգրավել նոր մասնիկներ կամ ուժեր: Այնուամենայնիվ, դա վերջին խոսքը չէ նոր ֆիզիկայի ճանապարհը բացելու հարցում:

Բացահայտման համար գիտնականները պահանջում են արդյունքներ, որոնք տարբերվում են Ստանդարտ մոդելից 5 ստանդարտ շեղումներով: Fermilab-ի և Brookhaven-ի համակցված արդյունքները տարբերվում են 4.2 ստանդարտ շեղումներով: Թեև սա կարող է բավարար չլինել, շատ քիչ հավանական է, որ դա պատահականություն լինի. այդ հնարավորությունը մոտավորապես 1 է 40,000-ից, ասվում է Արգոնի ազգային լաբորատորիայի կողմից, որը նույնպես ենթակա է ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարությանը, մամուլի հաղորդագրության մեջ:

Սա ամուր ապացույց է այն բանի, որ մյուոնը զգայուն է մի բանի նկատմամբ, որը մեր լավագույն տեսության մեջ չէ, ասել է Ռենե Ֆաթեմին՝ Կենտուկիի համալսարանի ֆիզիկոս և Muon g-2 փորձի մոդելավորման մենեջեր Fermilab-ի կողմից հրապարակված հայտարարության մեջ: