Είναι πραγματικά ο κόσμος στα πρόθυρα να ανακαλύψει μια «νέα φυσική»;

Πριν από δεκαπέντε χρόνια, φυσικοί από το BrookhavenΤο Εθνικό Εργαστήριο ανακάλυψε κάτι καταπληκτικό. Ο Muons, ένας τύπος υποατομικού σωματιδίου, κινήθηκε με απροσδόκητους τρόπους που δεν ταιριάζουν με τις θεωρητικές προβλέψεις. Έκτοτε, οι φυσικοί προσπάθησαν να καταλάβουν γιατί. Πρόσφατα, μια ομάδα ερευνητών από το Fermilab ανέλαβε την πειραματική πλευρά του θέματος και δημοσίευσε αποτελέσματα στις 7 Απριλίου 2021, επιβεβαιώνοντας την αρχική μέτρηση. Ωστόσο, ορισμένοι ερευνητές ακολουθούν μια διαφορετική προσέγγιση, πιστεύοντας ότι δεν υπάρχει «νέα φυσική» στον ορίζοντα. Έτσι, μια ομάδα επιστημόνων στο πλαίσιο της Συνεργασίας Βουδαπέστης-Μασσαλίας-Βούπερταλ προσπάθησε να ανακαλύψει εάν η παλιά θεωρητική πρόβλεψη ήταν λανθασμένη. Χρησιμοποιήθηκε μια νέα μέθοδος για τον υπολογισμό της αλληλεπίδρασης των μιόνων με μαγνητικά πεδία. Εάν οι υπολογισμοί των ερευνητών είναι σωστοί, τότε δεν υπάρχει ασυμφωνία μεταξύ θεωρίας και πειράματος, όπως δεν υπάρχει ανακάλυψη δύναμης της φύσης.

Η Φυσική περνάει ενδιαφέρουσες στιγμές - μερικές μελέτες δείχνουν ότι μπορεί να υπάρχει μια δύναμη της φύσης που δεν είναι γνωστή στην επιστήμη, ενώ άλλες δείχνουν ότι το Πρότυπο Μοντέλο παραμένει αμετάβλητο.

Muon και το πρότυπο μοντέλο

Αν και δεν είναι προφανές, τα μιόνια είναι βαρύτερα.και οι ασταθείς αδελφές του ηλεκτρονίου - μας περιβάλλουν από όλες τις πλευρές. Αυτά τα υποατομικά σωματίδια δημιουργούνται, για παράδειγμα, όταν οι κοσμικές ακτίνες συγκρούονται με σωματίδια στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας. Είναι ενδιαφέρον ότι τα μιόνια μπορούν να περάσουν μέσα από την ύλη και οι επιστήμονες τα χρησιμοποιούν για να εξερευνήσουν απρόσιτες εσωτερικές δομές - από τεράστια ηφαίστεια έως αιγυπτιακές πυραμίδες.

Τα Muons, όπως τα ηλεκτρόνια, έχουν ηλεκτρικό φορτίο και παράγουν μικροσκοπικά μαγνητικά πεδία. Η δύναμη και ο προσανατολισμός αυτού του μαγνητικού πεδίου ονομάζεται μαγνητική ροπή.

Σχεδόν τα πάντα στο Σύμπαν, από τη δομή των ατόμων έωςΤο έργο των υπολογιστών και η κίνηση των γαλαξιών μπορούν να περιγραφούν χρησιμοποιώντας τέσσερις αλληλεπιδράσεις: βαρύτητα. ηλεκτρομαγνητισμός; αδύναμη αλληλεπίδραση υπεύθυνη για ραδιενεργό διάσπαση. ισχυρή αλληλεπίδραση, υπεύθυνη για τον περιορισμό των πρωτονίων και των νετρονίων στον πυρήνα ενός ατόμου. Οι επιστήμονες αποκαλούν αυτή τη δομή Πρότυπο μοντέλο φυσική σωματιδίων.

Είναι ενδιαφέρον, όλες οι αλληλεπιδράσεις του προτύπουΤα μοντέλα συμβάλλουν στη μαγνητική ροπή του muon, αλλά καθένα από αυτά το κάνει με πολλούς διαφορετικούς τρόπους, οι οποίοι έχουν αποδειχθεί εξαιρετικά δύσκολο να προσδιοριστούν.

Τα μιόνια που εντοπίστηκαν σε κοσμικές ακτίνες έχουν προκαλέσει ανησυχία στην επιστημονική κοινότητα και ακόμη και στο ευρύ κοινό.

«Τα περισσότερα από τα φαινόμενα στη φύση μπορούν να εξηγηθούν μεχρησιμοποιώντας το πρότυπο μοντέλο, λέει ο Zoltan Fodor, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια και επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας. "Μπορούμε να προβλέψουμε τις ιδιότητες των σωματιδίων με ακρίβεια μόνο με βάση αυτήν τη θεωρία, οπότε όταν η θεωρία και το πείραμα δεν ταιριάζουν, εξετάζουμε την πιθανότητα να ανακαλύψουμε κάτι καινούργιο, κάτι έξω από το πρότυπο μοντέλο."

Θέλετε να γνωρίζετε πάντα τα τελευταία νέα από τον κόσμο της επιστήμης και της υψηλής τεχνολογίας; Εγγραφείτε στο κανάλι ειδήσεών μας στο Telegram για να μην χάσετε κάτι ενδιαφέρον!

Μαγνητικό μυστήριο

Στο παρελθόν, για τον υπολογισμό της μαγνητικής ροπής ενός μιόνουοι φυσικοί χρησιμοποίησαν μια μικτή προσέγγιση - συνέλεξαν δεδομένα για συγκρούσεις μεταξύ ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων - το αντίθετο των ηλεκτρονίων - και το χρησιμοποίησαν για να υπολογίσουν τη συμβολή της ισχυρής δύναμης στη μαγνητική ροπή του μιόνιου. Αυτή η προσέγγιση έχει χρησιμοποιηθεί για να βελτιώσει περαιτέρω την εκτίμηση για δεκαετίες. Τα τελευταία αποτελέσματα είναι για το 2020 και είναι πολύ ακριβή.

Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 6 Απριλίου στο περιοδικόΦυσικά, οι φυσικοί έχουν υιοθετήσει μια νέα προσέγγιση που δίνει μια εκτίμηση της ισχύος του μαγνητικού πεδίου του μιόνου και ταιριάζει πολύ με την πειραματική του αξία. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια πλήρως δοκιμασμένη θεωρία που ήταν εντελώς ανεξάρτητη από την εξάρτηση από πειραματικές μετρήσεις.

«Ξεκινήσαμε με αρκετά απλές εξισώσεις καιέχτισε ολόκληρη την αξιολόγηση από το μηδέν », γράφουν οι ερευνητές. Ο νέος υπολογισμός απαιτούσε εκατοντάδες εκατομμύρια ώρες επεξεργαστή σε διάφορα κέντρα υπερυπολογιστών στην Ευρώπη και ευθυγράμμισε τη θεωρία με τις μετρήσεις.

Δείτε επίσης: Οι φυσικοί έχουν επανεξετάσει τη δομή του Σύμπαντος. Δεν χρειάζεται πλέον η σκοτεινή ενέργεια;

Οι φυσικοί χρησιμοποίησαν μια πιο έντονη πηγή μιόνια, η οποία τους έδωσε ένα πιο ακριβές αποτέλεσμα που ταιριάζει με την παλιά διάσταση σχεδόν τέλεια.

Τα δεδομένα που συλλέγονται περιορίζουν σημαντικά το κενόμεταξύ θεωρητικών και πειραματικών μετρήσεων και, εάν είναι αλήθεια, επιβεβαιώστε την υπεροχή του Standard Model, το οποίο κυβερνά τη σωματιδιακή φυσική για δεκαετίες. Αλλά η ιστορία δεν τελειώνει εκεί, καθώς τα αποτελέσματα πρέπει τώρα να ελεγχθούν από άλλες ερευνητικές ομάδες. Αλλά ποια είναι η κατώτατη γραμμή;

Νέα πειράματα

Είναι σημαντικό να καταλάβουμε ότι για την ανακάλυψη της Νέας Φυσικής,Πέρα από το Πρότυπο Μοντέλο, υπάρχει επιστημονική συναίνεση ότι η απόκλιση μεταξύ θεωρίας και μέτρησης θα πρέπει να είναι τόσο μεγάλη όσο πέντε σίγμα, ένα στατιστικό μέτρο που ισοδυναμεί με πιθανότητα περίπου 1 στα 3,5 εκατομμύρια.

Αυτό είναι ενδιαφέρον: Οι επιστήμονες από το CERN βρίσκονται στα πρόθυρα να ανακαλύψουν "νέα φυσική"

Στην περίπτωση ενός μιόνου, οι μετρήσεις του μαγνητικού πεδίου τουπαρέκκλινε από τις υπάρχουσες θεωρητικές προβλέψεις από περίπου 3,7 σίγμα. Είναι σίγουρα ενδιαφέρον, αλλά δεν αρκεί για να ανακοινώσει την κατάρρευση του Standard Model. Έτσι, στο μέλλον, οι ερευνητές σκοπεύουν να βελτιώσουν τόσο τις μετρήσεις όσο και τη θεωρία, με την ελπίδα είτε να συνδυάσουν τη θεωρία και τη μέτρηση, είτε να αυξήσουν το σίγμα σε ένα επίπεδο που θα επέτρεπε την ανακοίνωση της ανακάλυψης της Νέας Φυσικής.