Учёные коллаборации Muon g-2 Collaboration добились значительного прорыва в понимании фундаментальных свойств материи. Измерили магнитный момент мюона с беспрецедентной точностью, превзойдя предыдущий рекорд более чем вдвое.
Полученный результат — итог серии экспериментов, начатых в 2006 году. Мюоны, называемые «тяжёлыми электронами», ускорили до скорости, близкой к скорости света, и подвергли воздействию магнитного поля, превосходящего земное в 30 000 раз. В результате мюоны совершали прецессию вокруг своей оси вращения из-за собственного магнитного момента.
Анализируя соотношение частоты прецессии с частотой вращения по кольцу, учёные вычислили «аномальный магнитный момент» мюона с точностью до 0,2 частей на миллион. Этим открытием получен научный результат, который может способствовать обнаружению новых физических явлений за пределами Стандартной модели.
Мюоны в 207 раз тяжелее электронов, но обладают одинаковыми электрическим зарядом и спином. Определение магнитных моментов лептонов представляет собой сложную задачу, требующую высокой точности измерений. Теоретическое предсказание магнитного момента мюона основывается на квантовой электродинамике и требует вычисления тысяч сложных диаграмм Фейнмана.
Теория предсказания аномального магнитного момента мюона отличается от теории электрона и сложнее прогнозировать. Результат КЭД применим как для электрона, но с учётом вклада электрослабой теории и адронов в Стандартную модель.
Учёные внесли изменения для устранения систематических факторов, которые могли бы повлиять на результаты. Сбор информации проводился с марта по июль 2019 года и с ноября 2019 года по март 2020 года. Второй и третий запуски включали более чем в четыре раза больше данных, чем запуск 2018 года, а общее количество данных охватывает три года.
Несмотря на двукратное повышение точности по сравнению с прежними данными, группа не смогла сравнить результаты с теорией. Даже для электронов требуются экспериментальные данные, чтобы скорректировать теорию адронных эффектов, а два имеющихся эксперимента расходятся.
Три года будут ждать анализа данных, который группа ожидает повысит статистическую точность примерно вдвое благодаря количеству измеримых мюонов. Это достижение станет значительным шагом вперёд в понимании фундаментальных свойств материи и может помочь обнаружить новые физические явления за пределами Стандартной модели.