Generelt. Forskning. Teknologi

Er verden virkelig på randen af ​​at opdage en "ny fysik"?

For 15 år siden, fysikere fra BrookhavenNational Laboratory opdagede noget fantastisk. Muoner, en type subatomær partikel, bevægede sig på uventede måder, der ikke matchede teoretiske forudsigelser. Siden da har fysikere forsøgt at finde ud af hvorfor. For nylig tog en gruppe forskere fra Fermilab den eksperimentelle side af spørgsmålet op og offentliggjorde resultaterne den 7. april 2021, hvilket bekræftede den oprindelige måling. En række forskere tager imidlertid en anden tilgang og mener, at der ikke er nogen "ny fysik" i horisonten. Så et team af forskere inden for rammerne af samarbejdet Budapest-Marseille-Wuppertal forsøgte at finde ud af, om den gamle teoretiske forudsigelse var forkert. En ny metode blev brugt til at beregne interaktionen mellem muoner og magnetfelter. Hvis forskernes beregninger er korrekte, er der ingen uoverensstemmelse mellem teori og eksperiment, ligesom der ikke er nogen opdaget naturkraft.

Fysik gennemgår interessante tider - nogle undersøgelser viser, at der kan være en naturkraft ukendt for videnskaben, mens andre indikerer, at standardmodellen stadig er urokkelig.

Muon og standardmodellen

Selvom det ikke er indlysende, er muoner tungere.og elektronens ustabile søstre - omgiver os fra alle sider. Disse subatomære partikler skabes for eksempel når kosmiske stråler kolliderer med partikler i atmosfæren på vores planet. Interessant nok kan muoner passere materiale, og forskere bruger dem til at udforske utilgængelige interne strukturer - fra kæmpe vulkaner til egyptiske pyramider.

Muoner, som elektroner, har en elektrisk ladning og genererer små magnetfelter. Styrken og orienteringen af ​​dette magnetfelt kaldes magnetisk øjeblik.

Næsten alt i universet, fra atomernes struktur tilcomputerenes arbejde og galaksernes bevægelse kan beskrives ved hjælp af fire interaktioner: tyngdekraften; elektromagnetisme; svag interaktion, der er ansvarlig for radioaktivt henfald stærk interaktion, ansvarlig for indespærring af protoner og neutroner i atomets kerne. Forskere kalder denne struktur Standard model partikelfysik.

Interessant nok er alle interaktioner mellem standardenmodellerne bidrager til det magnetiske øjeblik af muon, men hver af dem gør det på flere forskellige måder, hvilket har vist sig utrolig vanskeligt at bestemme.

De muoner, der er opdaget i kosmiske stråler, har foruroliget det videnskabelige samfund og endda offentligheden.

”De fleste af fænomenerne i naturen kan forklares medved hjælp af standardmodellen, siger Zoltan Fodor, professor i fysik ved University of Pennsylvania og forskningsleder. "Vi kan forudsige partiklernes egenskaber ekstremt nøjagtigt baseret på denne teori alene, så når teori og eksperiment ikke stemmer overens, overvejer vi sandsynligheden for, at vi har opdaget noget nyt, noget uden for standardmodellen."

Vil du altid være opmærksom på de seneste nyheder fra videnskab og højteknologi? Abonner på vores nyhedskanal i Telegram for ikke at gå glip af noget interessant!

Magnetisk mysterium

Tidligere at beregne magnetisk moment for en muonfysikere brugte en blandet tilgang - de indsamlede data om kollisioner mellem elektroner og positroner - det modsatte af elektroner - og brugte det til at beregne bidraget af den stærke kraft til det magnetiske øjeblik af muon. Denne tilgang er blevet brugt til yderligere at forfine estimatet i årtier. De seneste resultater er for 2020 og er meget nøjagtige.

I en undersøgelse offentliggjort 6. april i tidsskriftetNatur, fysikere har taget en ny tilgang, der giver et skøn over muons magnetfeltstyrke og nøje svarer til dens eksperimentelle værdi. Det er bemærkelsesværdigt, at forskerne brugte en fuldt testet teori, der var helt uafhængig af afhængighed af eksperimentelle målinger.

”Vi startede med temmelig enkle ligninger ogbygget hele vurderingen fra bunden, ”skriver forskerne. Den nye beregning krævede hundreder af millioner af processortimer i flere supercomputercentre i Europa og bragte teorien i tråd med målingerne.

Se også: Fysikere har genovervejet strukturen i universet. Er der ikke længere brug for mørk energi?

Fysikerne brugte en mere intens kilde til muoner, hvilket gav dem et mere præcist resultat, der næsten perfekt matchede den gamle dimension.

De indsamlede data indsnævrer kløften betydeligtmellem teori og eksperimentelle målinger og, hvis det er sandt, bekræfte forrang for standardmodellen, som har styret partikelfysik i årtier. Men historien slutter ikke der, da resultaterne nu skal krydstjekkes af andre forskningsgrupper. Men hvad er bundlinjen?

Nye eksperimenter

Det er vigtigt at forstå, at til opdagelsen af ​​ny fysik,ud over standardmodellen er der videnskabelig enighed om, at forskellen mellem teori og måling skal være så stor som fem sigma, et statistisk mål, der svarer til en sandsynlighed på ca. 1 ud af 3,5 millioner.

Dette er interessant: Forskere fra CERN er ved at opdage "ny fysik"

I tilfælde af en muon målinger af dens magnetfeltafveg fra eksisterende teoretiske forudsigelser med omkring 3,7 sigma. Det er bestemt spændende, men ikke nok til at meddele standardmodellens sammenbrud. Så i fremtiden har forskere til hensigt at forbedre både målinger og teori i håb om enten at forene teori og måling eller øge sigma til et niveau, der muliggør annoncering af opdagelsen af ​​ny fysik.