Решающий шаг в решении вопроса об аномальном магнитном моменте мюона Магнитный момент - это неотъемлемая характеристика частицы со спином. Подобно массе и электрическому заряду, магнитный момент является одной из фундаментальных величин. Существует разница между теоретическим значением магнитного момента мюона -- частицы, принадлежащей к классу лептонов -- и значениями, полученными в высокоэнергетических экспериментах, проводимых на ускорителях частиц. Разница проявляется только в восьмом знаке после запятой, но ученые были заинтригованы ею с тех пор, как она была обнаружена в 1948 году. Несмотря на малость, эта разница может указывать на то, взаимодействует ли мюон с частицами темной материи или другими бозонами Хиггса, или даже на то, что в процесс вовлечены неизвестные силы. Теоретическое значение магнитного момента мюона, обозначаемое буквой Наилучшее экспериментальное значение, полученное с впечатляющей точностью в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми в США и объявленное в августе 2023 года, составляет "Точное определение магнитного момента мюона стало ключевым вопросом в физике частиц, поскольку исследование расхождения между экспериментальными данными и теоретическим предсказанием может дать информацию, которая приведет к открытию какого-нибудь впечатляющего нового эффекта", - рассказал агентству FAPESP физик Диого Боито, профессор Физического института Сан-Карлоса при Университете Сан-Паулу (IFSC-USP). Статья Бойто и соавторов на эту тему опубликована в журнале Physical Review Letters. Результаты исследования дают количественную оценку и указывают на происхождение расхождения между двумя методами, используемыми для современных предсказаний мюонного "В настоящее время существует два метода определения величины В исследовании удалось объяснить это несоответствие. Как именно, читайте далее в Подробнее. Загрузить:
Мюон – это частица, принадлежащая, как и электрон, к классу лептонов, но обладающая гораздо большей массой. По этой причине мюон нестабилен и живет очень короткое время. Когда мюоны взаимодействуют друг с другом в присутствии магнитного поля, они распадаются и превращаются в облако других частиц, таких как электроны, позитроны, W- и Z-бозоны, бозоны Хиггса и фотоны. Поэтому в экспериментах мюоны всегда сопровождаются множеством других виртуальных частиц. Благодаря вкладу этих частиц реальный магнитный момент, измеренный в экспериментах, превышает теоретический магнитный момент, рассчитанный по уравнению Дирака и равный "Чтобы получить разницу [ Эффекты сильного взаимодействия в КХД нельзя рассчитать только теоретически, поэтому есть две возможности. Одна из них используется уже давно и предполагает обращение к экспериментальным данным, полученным в электрон-позитронных столкновениях с образованием других частиц, состоящих из кварков. Другая – решеточная КХД (или КХД на решетке), которая стала конкурентоспособной только в текущем десятилетии и предполагает моделирование теоретического процесса на суперкомпьютере. "Основная проблема с предсказанием мюонного Боито и его коллеги провели свое исследование именно для решения этой проблемы. "В статье сообщается о результатах ряда исследований, в которых мы разработали новый метод сравнения результатов моделирования решеточной КХД с результатами, основанными на экспериментальных данных. Мы показываем, что из данных можно извлечь вклады, которые рассчитываются в решетке с большой точностью – вклады так называемых связанных диаграмм Фейнмана", – говорит ученый. "В этом исследовании мы впервые с большой точностью получили вклады связанных диаграмм Фейнмана в так называемом "промежуточном энергетическом окне". Сегодня у нас есть восемь результатов по этим вкладам, полученных с помощью моделирования КХД на решетке, и все они в значительной степени согласуются. Более того, мы показываем, что результаты, основанные на данных по электрон-позитронному взаимодействию, не согласуются с этими восемью результатами, полученными с помощью моделирования", – сказал Боито. Это позволило исследователям найти источник проблемы и подумать о возможных решениях. "Стало ясно, что если экспериментальные данные для двухпионного канала по какой-то причине недооценены, то это может быть причиной расхождения", – сказал он. Пионы – это мезоны (частицы, состоящие из кварка и антикварка), образующиеся в высокоэнергетических столкновениях. Действительно, новые данные (пока еще рецензируемые), полученные в ходе эксперимента CMD-3, проведенного в Новосибирском государственном университете в России, показывают, что самые старые данные по двухпионному каналу, возможно, по какой-то причине были недооценены. |
Электронный портал ядерных знаний Республики Беларусь
Belarusian Nuclear Education and Training Portal - BelNET
, согласно уравнению Дирака равно 
. Однако эксперименты показали, что g не равно 2, и большой интерес для исследования представляет величина "
", то есть разница между экспериментальным значением магнитного момента и значением, предсказываемым уравнением Дирака.
с погрешностью плюс-минус 
. Информацию об эксперименте Muon G-2, проводимом в Фермилабе, можно найти на сайте Лаборатории по 
.
], необходимо учесть все эти вклады – как те, что предсказаны КХД [в Стандартной модели физики частиц], так и другие, меньшие, но проявляющиеся в высокоточных экспериментальных измерениях. Мы очень хорошо знаем некоторые из этих вкладов, но не все", – говорит Боито.
