Οι φυσικοί έχουν τώρα ένα εντελώς νέο μέτρο μιας ιδιότητας του μιονίου που ονομάζεται ανώμαλη μαγνητική ροπή που βελτιώνει την ακρίβεια του προηγούμενου αποτελέσματος κατά συντελεστή 2.
Μια διεθνής συνεργασία επιστημόνων που εργάζονται στο πείραμα Muon G-2 στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών Fermi του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ ανακοινώνω Η πολυαναμενόμενη ενημερωμένη μέτρηση στις 10 Αυγούστου. Αυτή η νέα αξία υποστηρίζει το πρώτο αποτέλεσμα που ανακοινώθηκε τον Απρίλιο του 2021 και δημιουργεί μια αντιπαράθεση μεταξύ θεωρίας και εμπειρίας για 20 χρόνια.
“Ψάχνουμε πραγματικά για νέες περιοχές. Καθορίζουμε τη μαγνητική ροπή του μιονίου με μεγαλύτερη ακρίβεια από ποτέ”, δήλωσε ο Brendan Casey, ανώτερος επιστήμονας στο Fermilab που εργάζεται στο πείραμα Muon g-2 από το 2008.
Η ανακοίνωση στις 10 Αυγούστου 2023 είναι το δεύτερο αποτέλεσμα από το πείραμα στο Fermilab και είναι δύο φορές ακριβέστερο από το πρώτο αποτέλεσμα που ανακοινώθηκε στις 7 Απριλίου 2021. Φωτογραφία: Ryan Postel, Fermilab
Οι φυσικοί περιγράφουν πώς λειτουργεί το σύμπαν στο πιο βασικό του επίπεδο με μια θεωρία γνωστή ως το τυποποιημένη μορφή. Κάνοντας προβλέψεις με βάση το Καθιερωμένο Μοντέλο και συγκρίνοντάς τες με πειραματικά αποτελέσματα, οι φυσικοί μπορούν να διακρίνουν εάν μια θεωρία είναι πλήρης — ή εάν υπάρχει φυσική εκτός του Καθιερωμένου Μοντέλου.
Τα μιόνια είναι θεμελιώδη σωματίδια που είναι παρόμοια με τα ηλεκτρόνια αλλά περίπου 200 φορές μεγαλύτερα. Όπως τα ηλεκτρόνια, τα μιόνια έχουν έναν μικρό εσωτερικό μαγνήτη που, παρουσία μαγνητικού πεδίου, ταλαντώνεται ή ταλαντώνεται όπως ο άξονας μιας περιστρεφόμενης κορυφής. Η ταχύτητα κίνησης σε ένα δεδομένο μαγνητικό πεδίο εξαρτάται από τη μαγνητική ροπή του μιονίου, η οποία συνήθως αντιπροσωπεύεται από το γράμμα σολ; Στο απλούστερο επίπεδο, η θεωρία το προβλέπει αυτό σολ πρέπει να ισούται με 2.
διαφορά από σολ από 2 – ή σολ Μείον 2 – μπορεί να αποδοθεί στις αλληλεπιδράσεις του μιονίου με σωματίδια στον κβαντικό αφρό που το περιβάλλει. Αυτά τα σωματίδια αναβοσβήνουν μέσα και έξω από την ύπαρξη και, σαν υποατομικοί «χορευτικοί εταίροι», κρατούν το «χέρι» του μιονίου και αλλάζουν τον τρόπο που το μιόνιο αλληλεπιδρά με το μαγνητικό πεδίο. Το Καθιερωμένο Μοντέλο περιλαμβάνει όλα τα γνωστά σωματίδια «συντρόφου χορού» και προβλέπει πώς θα αλλάξει ο κβαντικός αφρός σολ. Αλλά μπορεί να υπάρχουν περισσότερα. Οι φυσικοί είναι ενθουσιασμένοι με την πιθανή παρουσία σωματιδίων που δεν έχουν ανακαλυφθεί ακόμη που συμβάλλουν ζ-2 – και θα ανοίξει το παράθυρο για να εξερευνήσετε νέα φυσική.
Το νέο πειραματικό αποτέλεσμα, με βάση τα πρώτα τρία χρόνια δεδομένων, που αναφέρθηκαν από τη συνεργασία Muon g-2 είναι:
g-2 = 0,00233184110 +/- 0,00000000043 (στατιστικά) +/- 0,00000000019 (σύστημα)
Η μέτρηση g-2 αντιστοιχεί σε ανάλυση 0,20 ppm. Η συνεργασία Muon g-2 περιγράφει το αποτέλεσμα σε μια ερευνητική εργασία Δωρητής σήμερα για Επιστολές φυσικής ανασκόπησης.
Με αυτήν την αναλογία, η συνεργασία έχει ήδη φτάσει στον στόχο της να μειώσει έναν συγκεκριμένο τύπο αβεβαιότητας: την αβεβαιότητα που προκαλείται από πειραματικές ατέλειες, γνωστή ως συστηματική αβεβαιότητα.
«Αυτή η μέτρηση είναι ένα εκπληκτικό πειραματικό επίτευγμα», δήλωσε ο Peter Winter, εκπρόσωπος της συνεργασίας Muon g-2. «Η μείωση της συστημικής αβεβαιότητας σε αυτό το επίπεδο είναι σημαντική και κάτι που δεν περιμέναμε να επιτύχουμε σύντομα».
Λόγω του μεγάλου όγκου πρόσθετων δεδομένων που τροφοδοτούνται στην ανακοίνωση ανάλυσης του 2023, το πιο πρόσφατο αποτέλεσμα συνεργασίας του Muon g-2 είναι υπερδιπλάσιο από το πρώτο αποτέλεσμα που ανακοινώθηκε το 2021. Εικόνα: Συνεργασία Muon g-2
Ενώ η συνολική συστημική αβεβαιότητα ξεπέρασε πράγματι τον στόχο σχεδιασμού, η μεγαλύτερη πτυχή της αβεβαιότητας – η στατιστική αβεβαιότητα – καθορίζεται από τον όγκο των δεδομένων που αναλύονται. Το αποτέλεσμα που ανακοινώθηκε σήμερα προσθέτει δεδομένα δύο ακόμη ετών στο πρώτο αποτέλεσμα. Το πείραμα του Fermilab θα φτάσει στην τελική στατιστική αβεβαιότητα μόλις οι επιστήμονες έχουν ενσωματώσει και τα έξι χρόνια δεδομένων στην ανάλυσή τους, την οποία η συνεργασία στοχεύει να ολοκληρώσει τα επόμενα δύο χρόνια.
Για να γίνει μια μέτρηση, η συνεργασία Muon g-2 έστειλε επανειλημμένα μια δέσμη μιονίων σε έναν υπεραγώγιμο μαγνητικό δακτύλιο αποθήκευσης διαμέτρου 50 ποδιών, όπου περιστράφηκε περίπου 1.000 φορές με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Οι ανιχνευτές που επενδύουν τον δακτύλιο επέτρεψαν στους επιστήμονες να προσδιορίσουν πόσο γρήγορα προχωρούσαν τα μιόνια. Οι φυσικοί πρέπει επίσης να μετρήσουν με ακρίβεια την ισχύ του μαγνητικού πεδίου για να καθορίσουν την τιμή του g-2.
Το πείραμα Fermilab χρησιμοποίησε ξανά έναν βρόχο αποθήκευσης που κατασκευάστηκε αρχικά για το προηγούμενο πείραμα Muon g-2 στο Εθνικό Εργαστήριο του DOE Brookhaven που έληξε το 2001. Το 2013, η συνεργασία ΜΕΤΑΦΟΡΑ Ο βρόχος κάλτσας απέχει 3.200 μίλια από το Λονγκ Άιλαντ της Νέας Υόρκης μέχρι τη Μπατάβια του Ιλινόις. Τα επόμενα τέσσερα χρόνια, η συνεργασία συνδύασε την εμπειρία με βελτιωμένες τεχνικές, εργαλεία και προσομοιώσεις. Ο κύριος στόχος του πειράματος Fermilab είναι να μειώσει την αβεβαιότητα g-2 κατά τέσσερις φορές σε σύγκριση με το αποτέλεσμα του Brookhaven.
«Η νέα μας μέτρηση είναι πολύ συναρπαστική γιατί μας οδηγεί πολύ πέρα από την ευαισθησία στο Brookhaven», δήλωσε ο Graziano Venanzoni, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Λίβερπουλ που συνδέεται με το Ιταλικό Εθνικό Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής στην Πίζα και συν-συγγραφέας του πειράματος Muon G-2. . στο Fermilab.
Εκτός από το μεγαλύτερο σύνολο δεδομένων, η πρόσφατη μέτρηση g-2 βελτιώθηκε με ενημερώσεις στο ίδιο το πείραμα Fermilab. «Βελτιώσαμε πολλά πράγματα μεταξύ του πρώτου έτους συλλογής δεδομένων μας και του δεύτερου και του τρίτου έτους», είπε ο Κέισι, ο οποίος πρόσφατα τελείωσε τη θητεία του ως εκπρόσωπος με τον Venanzoni. “Εργαζόμαστε συνεχώς για να βελτιώσουμε την εμπειρία.”
Το πείραμα “πυροδοτούσε πραγματικά όλους τους κυλίνδρους” για τα τελευταία τρία χρόνια συλλογής δεδομένων, η οποία έληξε στις 9 Ιουλίου 2023. Τότε ήταν που η συνεργασία έκλεισε το πακέτο μιονίων και το πείραμα ολοκληρώθηκε μετά από έξι χρόνια συλλογής δεδομένων. Πέτυχαν τον στόχο να συλλέξουν ένα σύνολο δεδομένων 21 φορές μεγαλύτερο από το σύνολο δεδομένων Brookhaven.
Οι φυσικοί μπορούν να υπολογίσουν με απίστευτη ακρίβεια τα αποτελέσματα των γνωστών «συντρόφων χορού» του Καθιερωμένου Μοντέλου στο μιόνιο g-2. Οι υπολογισμοί λαμβάνουν υπόψη τις ηλεκτρομαγνητικές, ασθενείς πυρηνικές και ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις, συμπεριλαμβανομένων των φωτονίων, των ηλεκτρονίων, των κουάρκ, των γλουονίων, των νετρίνων, των μποζονίων W και Z και του μποζονίου Higgs. Εάν το τυπικό μοντέλο είναι σωστό, αυτή η υπερακριβής πρόβλεψη θα πρέπει να ταιριάζει με την πειραματική μέτρηση.
Ο υπολογισμός της πρόβλεψης του τυπικού μοντέλου για το μιόνιο g-2 είναι πολύ δύσκολος. Το 2020, η πρωτοβουλία της θεωρίας Muon g-2 ανακοινώνω Η καλύτερη τυπική πρόβλεψη μοντέλου του μιονίου g-2 που ήταν διαθέσιμη εκείνη την εποχή. Αλλά ένα νέο εμπειρικό μέτρο των δεδομένων που τροφοδοτεί την πρόβλεψη και ένας νέος υπολογισμός που βασίζεται σε μια διαφορετική θεωρητική προσέγγιση – θεωρία κλίμακας δικτύου – έρχεται σε σύγκρουση με τους υπολογισμούς του 2020. Οι επιστήμονες της πρωτοβουλίας της θεωρίας Muon g-2 στοχεύουν να έχουν μια νέα και βελτιωμένη πρόβλεψη διαθέσιμη στο τα επόμενα δύο χρόνια που λαμβάνει υπόψη και τις δύο θεωρητικές προσεγγίσεις.
Muon g-2 συνεργασία Περιλαμβάνει σχεδόν 200 επιστήμονες από 33 ιδρύματα σε επτά χώρες και έχει σχεδόν 40 φοιτητές μέχρι σήμερα που έχουν λάβει διδακτορικό με βάση την εργασία τους στο πείραμα. Οι συνεργάτες θα περάσουν πλέον τα επόμενα δύο χρόνια αναλύοντας τα δεδομένα της τελευταίας τριετίας. “Αναμένουμε έναν άλλο παράγοντα ακρίβειας όταν τελειώσει”, είπε ο Finanzoni.
Η συνεργασία αναμένει να απελευθερώσει την τελική και πιο ακριβή μέτρηση της μαγνητικής ροπής ενός μιονίου το 2025 – σηματοδοτώντας την τελική αντιπαράθεση μεταξύ της θεωρίας του Καθιερωμένου Μοντέλου και του πειράματος. Μέχρι τότε, οι φυσικοί έχουν μια νέα και βελτιωμένη μέτρηση του μιονίου g-2 που είναι ένα σημαντικό βήμα προς τον τελικό στόχο της φυσικής.
Παρουσιάστε αυτήν τη συνεργασία Muon g-2 Επιστημονική εργασία να δημοσιεύσω.
Αυτό το επτάλεπτο βίντεο παρέχει πρόσθετες πληροφορίες για τα μιόνια και το νέο αποτέλεσμα από τη συνεργασία του Muon g-2.
Το πείραμα Muon g-2 υποστηρίζεται από το Υπουργείο Ενέργειας (ΗΠΑ). Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (Ηνωμένες Πολιτείες); Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Ιταλία); Συμβούλιο Επιστημονικών και Τεχνολογικών Εγκαταστάσεων (Ηνωμένο Βασίλειο). Βασιλική Εταιρεία (Ηνωμένο Βασίλειο); EU Horizon 2020; Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας. MSIP, NRF και IBS-R017-D1 (Δημοκρατία της Κορέας). και του Γερμανικού Ιδρύματος Ερευνών (DFG).
Το Fermilab είναι το κορυφαίο εθνικό ερευνητικό εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής της Αμερικής. Το εργαστήριο Fermilab του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ βρίσκεται κοντά στο Σικάγο του Ιλινόις και λειτουργεί βάσει σύμβασης από την Fermi Research Alliance LLC. Επισκεφθείτε τον ιστότοπο Fermilab στη διεύθυνση https://www.fnal.gov Ακολουθήστε μας στο Twitter @υπάλληλος.
Το Γραφείο Επιστήμης του Υπουργείου Ενέργειας είναι ο μεγαλύτερος υποστηρικτής της βασικής έρευνας στις φυσικές επιστήμες στις Ηνωμένες Πολιτείες και εργάζεται για να αντιμετωπίσει μερικές από τις πιο πιεστικές προκλήσεις της εποχής μας. Για περισσότερες πληροφορίες επισκεφθείτε https://science.energy.gov.
“Ερασιτέχνης διοργανωτής. Εξαιρετικά ταπεινός web maven. Ειδικός κοινωνικών μέσων Wannabe. Δημιουργός. Thinker.”