Η δεύτερη μέτρηση μιονίων θα μπορούσε να ταρακουνήσει τη σωματιδιακή φυσική

Ένα από τα μεγαλύτερα ερωτήματα στη σωμα

τι

διακή φυσική είναι αν το ίδιο το πεδίο λέει μια ελλιπή εικόνα του σύμπαντος. Στο Fermilab, μια εγκατάσταση του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ στα προάστια του Σικάγο, οι φυσικοί των σωματιδίων προσπαθούν να επιλύσουν αυτήν την κρίση ταυτότητας. Εκεί, μέλη του Muon

σολ

-2 (προφέρεται ως “

σολ

μείον 2”) Η συν

εργασία

έχει μετρήσει προσεκτικά ένα περίεργο σωματίδιο γνωστό ως μιόνιο. Την περασμένη εβδομάδα, αυτοί

απελευθερώθηκε

τα ενημερωμένα αποτελέσματά τους: το μιόνιο -ένα βαρύτερο, πιο εφήμερο αντίστοιχο του ηλεκτρονίου- μπορεί να βρίσκεται υπό την επίδραση κάτι άγνωστου.

Αν είναι ακριβές, είναι ένα σημάδι ότι οι θεωρίες που αποτελούν τα θεμέλια της σύγχρονης σωματιδιακής φυσικής δεν λένε όλη την ιστορία. Ή μήπως είναι? Ενώ οι

επιστήμονες

της Συνεργασίας μελετούσαν τα μιόνια, οι θεωρητικοί ερευνητές επανεκτίμησαν τον αριθμό τους, αφήνοντας αμφιβολίες για το αν υπάρχει τέτοιο σφάλμα.

“Είτε έτσι είτε αλλιώς, υπάρχει κάτι που δεν είναι κατανοητό και πρέπει να επιλυθεί”, λέει

Ίαν Μπέιλι

σωματιδιακός φυσικός στο Πανεπιστήμιο Lancaster στο Ηνωμένο Βασίλειο και μέλος του Muon

σολ

–2 συνεργασία.

Ο δοκιμασμένος και δοκιμασμένος βασικός νόμος της σύγχρονης σωματιδιακής φυσικής — αυτό που αποκαλούν οι επιστήμονες

Τυπικό μοντέλο

— κατοχυρώνει το μιόνιο ως ένα από τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία του σύμπαντος μας. Τα μιόνια, όπως και τα ηλεκτρόνια, είναι υποατομικά σωματίδια που φέρουν αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Σε αντίθεση με τα ηλεκτρόνια, τα μιόνια διασπώνται μετά από μερικά εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου. Ωστόσο, οι επιστήμονες συναντούν εύκολα μιόνια στη φύση. Η ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης είναι γεμάτη με βροχή μιονίων, η οποία γεννιέται από κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας που χτυπούν τον πλανήτη μας.

Αλλά αν το μιόνιο δεν μοιάζει πάντα με αυτό που περιμένουν οι φυσικοί να φαίνεται, αυτό είναι ένα σημάδι ότι το Καθιερωμένο Μοντέλο είναι ατελές και ότι παίζει κάποια άγνωστη μέχρι τώρα φυσική. «Το μιόνιο, αποδεικνύεται, προβλέπεται να έχει μεγαλύτερη ευαισθησία στην ύπαρξη της νέας φυσικής από…το ηλεκτρόνιο», λέει ο Bailey.

[Related: The green revolution is coming for power-hungry particle accelerators]

Επίσης, όπως τα ηλεκτρόνια, τα μιόνια περιστρέφονται σαν στροβιλιζόμενες κορυφές, γεγονός που δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Ο τίτλος

σολ

καθορίζει πόσο γρήγορα περιστρέφεται. Σε απομόνωση, ένα μιόνιο

σολ

έχει τιμή 2. Στην πραγματικότητα, τα μιόνια δεν υπάρχουν μεμονωμένα. Ακόμη και στο κενό, τα μιόνια κυνηγούνται από πλήθη βραχύβιων «εικονικών σωματιδίων» που μπαίνουν και βγαίνουν από την κβαντική ύπαρξη, επηρεάζοντας το σπιν ενός μιονίου.

Το Καθιερωμένο Μοντέλο θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη και αυτά τα σωματίδια. Αλλά στη δεκαετία του 2000, επιστήμονες στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven

μετρημένος


σολ

και διαπίστωσε ότι ήταν διακριτικά αλλά σημαντικά μεγαλύτερη από την πρόβλεψη του Καθιερωμένου Μοντέλου. Ίσως οι επιστήμονες του Brookhaven να το έκαναν λάθος – ή, ίσως, το μιόνιο ήταν στο έλεος των σωματιδίων ή των δυνάμεων που δεν εξετάζει το Καθιερωμένο Μοντέλο.

Η κατάρριψη του Καθιερωμένου Μοντέλου θα ήταν μια από τις μεγαλύτερες στιγμές στην ιστορία της σωματιδιακής φυσικής και οι φυσικοί των σωματιδίων δεν παίρνουν αυτή τη διαταραχή ελαφρά. Οι επιστήμονες του Brookhaven

μετακόμισε

το πείραμά τους στο Fermilab στο Ιλινόις, όπου θα μπορούσαν να επωφεληθούν από έναν πιο ισχυρό επιταχυντή σωματιδίων για να παράγουν μαζικά μιόνια. Το 2018, το Muon

σολ

– Ξεκίνησε το 2 πείραμα.

Τρία χρόνια μετά, η πειραματική συνεργασία

απελευθερώθηκε

τα πρώτα τους αποτελέσματα, υποδηλώνοντας ότι ο Brookhaven δεν είχε κάνει λάθος ή δεν είχε δει μια ψευδαίσθηση. Τα αποτελέσματα που κυκλοφόρησαν την περασμένη εβδομάδα προσθέτουν δεδομένα από δύο επιπλέον εκτελέσεις το 2018 και το 2019, επιβεβαιώνοντας όσα δημοσιεύτηκαν το 2021 και βελτιώνοντας την ακρίβειά τους. Η παρατηρούμενη αξία τους για

σολ

—γύρω στο 2,0023—αποκλίνει από αυτό που θα προέβλεπε η θεωρία μετά το όγδοο δεκαδικό ψηφίο.

[Related: Scientists

found

a fleeting particle from the universe’s first moments]

«Έχουμε μια αληθινή τιμή της μαγνητικής ανωμαλίας που είναι καλά καθορισμένη», λέει

Λόρενς Γκίμπονς

σωματιδιακός φυσικός στο Πανεπιστήμιο Cornell και μέλος του Muon

σολ

–2 συνεργασία.

Αν αυτό το αποτέλεσμα είχε βγει πριν από αρκετά χρόνια, οι φυσικοί μπορεί να το είχαν προαναγγείλει ως οριστική απόδειξη της φυσικής πέρα ​​από το Καθιερωμένο Μοντέλο. Αλλά σήμερα, δεν είναι τόσο απλό. Λίγες υποθέσεις του κβαντικού κόσμου είναι απλές, αλλά το κλειδί σε αυτά τα κβαντικά έργα είναι το γεγονός ότι η ίδια η πρόβλεψη του Καθιερωμένου Μοντέλου είναι θολή.

«Υπήρξε μια αλλαγή από τη θεωρητική πλευρά», λέει ο Bailey.

Οι φυσικοί πιστεύουν ότι τα «εικονικά σωματίδια» που τραβούν ένα μιόνιο

σολ

κάντε το με διαφορετικές δυνάμεις. Μερικά σωματίδια ταλαντεύονται με ηλεκτρομαγνητισμό, η επιρροή του οποίου είναι εύκολο να υπολογιστεί. Άλλοι το κάνουν μέσω της ισχυρής πυρηνικής δύναμης (τα αποτελέσματα της οποίας παρατηρούμε κυρίως επειδή συγκρατεί σωματίδια μαζί μέσα στους ατομικούς πυρήνες). Ο υπολογισμός της επιρροής της ισχυρής πυρηνικής δύναμης είναι εφιαλτικά περίπλοκος και οι θεωρητικοί φυσικοί των σωματιδίων συχνά αντικαθιστούσαν δεδομένα από προηγούμενα πειράματα στους υπολογισμούς τους.

Πρόσφατα, ωστόσο, ορισμένες ομάδες θεωρητικών υιοθέτησαν μια τεχνική γνωστή ως «δικτυωτή κβαντική χρωμοδυναμική» ή πλέγμα QCD, η οποία τους επιτρέπει να συνθλίβουν αριθμούς ισχυρών πυρηνικών δυνάμεων στους υπολογιστές. Όταν οι επιστήμονες τροφοδοτούν τους αριθμούς QCD του πλέγματος

σολ


προβλέψεις

,

παράγουν

ένα αποτέλεσμα που ταιριάζει περισσότερο με το Muon

σολ

-2 αποτελέσματα.

Στη σύγχυση που προσθέτει είναι ότι ένα διαφορετικό πείραμα σωματιδίων που βρίσκεται στη Σιβηρία -γνωστό ως CMD-3-

που παράγονται

αποτέλεσμα που κάνει και το Muon

σολ

–2 η ασυμφωνία εξαφανίζεται. «Αυτός είναι ένας πραγματικός ξύστρας», λέει ο Gibbons.

Το Muon

σολ

–2 Η συνεργασία δεν ολοκληρώθηκε. Η συλλογή τριπλάσιων δεδομένων, που συλλέχθηκαν μεταξύ 2021 και 2023, παραμένει στη λίστα υποχρεώσεων της συνεργασίας. Μόλις αναλύσουν όλα αυτά τα δεδομένα, τα οποία μπορεί να είναι έτοιμα το 2025, οι φυσικοί πιστεύουν ότι μπορούν να κάνουν τα δικά τους

σολ

μείον 2 εκτίμηση διπλάσια ακριβέστερη. Αλλά δεν είναι ξεκάθαρο εάν αυτή η βελτίωση θα διευκόλυνε τα πράγματα, καθώς οι θεωρητικοί φυσικοί αγωνίζονται να ενημερώσουν τις προβλέψεις τους. Το ερώτημα εάν τα μιόνια όντως συμπεριφέρονται άσχημα παραμένει ανοιχτό.