A világ valóban egy "új fizika" felfedezésének küszöbén áll?

Tizenöt évvel ezelőtt Brookhaven fizikusaiA Nemzeti Laboratórium valami csodálatos dolgot fedezett fel. A Muons, egyfajta szubatomi részecske, váratlan módon mozgott, amelyek nem egyeztek az elméleti jóslatokkal. Azóta a fizikusok megpróbálták kideríteni, miért. A közelmúltban a Fermilab kutatóinak egy csoportja felvette a kérdés kísérleti oldalát, és 2021. április 7-én közzétette az eredményeket, megerősítve az eredeti mérést. Számos kutató azonban más megközelítést alkalmaz, úgy gondolva, hogy nincs "új fizika" a láthatáron. Tehát egy tudóscsoport a Budapest-Marseille-Wuppertal Együttműködés keretében megpróbálta kideríteni, hogy a régi elméleti jóslat téves-e. Új módszert alkalmaztak a müonok és a mágneses mezők kölcsönhatásának kiszámítására. Ha a kutatók számításai helyesek, akkor nincs eltérés az elmélet és a kísérlet között, ahogyan a természet felfedezett ereje sem.

A fizika érdekes időket él át - egyes tanulmányok azt mutatják, hogy létezhet a tudomány számára ismeretlen természeti erő, míg mások azt jelzik, hogy a standard modell még mindig megingathatatlan.

Muon és a standard modell

Bár nem nyilvánvaló, a müonok nehezebbek.és az elektron instabil nővérei - minden oldalról körülvesznek minket. Ezek a szubatomi részecskék például akkor jönnek létre, amikor kozmikus sugarak ütköznek részecskékkel bolygónk légkörében. Érdekes módon a müonok áthaladhatnak az anyagon, és a tudósok felhasználják őket az elérhetetlen belső szerkezetek feltárására - az óriási vulkánoktól az egyiptomi piramisokig.

A müonok, csakúgy, mint az elektronok, elektromos töltéssel rendelkeznek, és apró mágneses mezőket generálnak. Ennek a mágneses térnek az erősségét és tájolását hívjuk mágneses pillanat.

Az univerzumban szinte minden, az atomok szerkezetétől kezdvea számítógépek munkája és a galaxisok mozgása négy kölcsönhatás segítségével írható le: gravitáció; elektromágnesesség; a radioaktív bomlásért felelős gyenge kölcsönhatás; erős kölcsönhatás, felelős a protonok és a neutronok bezárásáért az atom magjában. A tudósok ezt a struktúrát hívják Normál modell részecskefizika.

Érdekes, hogy a Standard minden interakciójaa modellek hozzájárulnak a müon mágneses momentumához, de mindegyikük többféle módon teszi ezt, amit hihetetlenül nehéznek bizonyult meghatározni.

A kozmikus sugarakban észlelt müonok riasztották a tudományos közösséget, sőt a nagyközönséget is.

„A természeti jelenségek többsége azzal magyarázhatóa standard modell segítségével mondja Fodor Zoltán, a Pennsylvaniai Egyetem fizika professzora és a kutatócsoport vezetője. "Kizárólag ez az elmélet alapján tudjuk rendkívül pontosan megjósolni a részecskék tulajdonságait, így amikor az elmélet és a kísérlet nem egyezik, akkor fontolóra vesszük annak valószínűségét, hogy valami újat, valamit a standard modellen kívül fedeztünk fel."

Szeretne mindig tisztában lenni a tudomány és a csúcstechnika legfrissebb híreivel? Iratkozzon fel a távirati hírcsatornánkra, hogy ne maradjon le semmi érdekes!

Mágneses rejtély

A múltban a müon mágneses momentumának kiszámításáhoza fizikusok vegyes megközelítést alkalmaztak - adatokat gyűjtöttek az elektronok és a pozitronok - az elektronokkal ellentétes - ütközéseiről, és ennek alapján kiszámították az erős erő hozzájárulását a müon mágneses momentumához. Ezt a megközelítést évtizedek óta használják a becslés további finomítására. A legfrissebb eredmények 2020-ra vonatkoznak, és nagyon pontosak.

A folyóiratban április 6-án megjelent tanulmánybanA természet, a fizikusok új megközelítést alkalmaznak, amely becslést ad a müon mágneses térerősségéről, és szorosan megfelel annak kísérleti értékének. Figyelemre méltó, hogy a tudósok egy teljesen tesztelt elméletet használtak, amely teljesen független volt a kísérleti mérésekre való támaszkodástól.

„Elég egyszerű egyenletekkel kezdtük ésa teljes értékelést a semmiből építette fel "- írják a kutatók. Az új számítás több száz millió processzorórát igényelt több szuperszámítógép-központban Európában és összehozta az elméletet a mérésekkel.

Lásd még: A fizikusok újragondolták az Univerzum szerkezetét. A sötét energiára már nincs szükség?

A fizikusok intenzívebb müonforrást használtak, amely pontosabb eredményt adott nekik, amely szinte tökéletesen megfelelt a régi dimenziónak.

Az összegyűjtött adatok jelentősen szűkítik a szakadékotaz elmélet és a kísérleti mérések között, és ha igaz, akkor megerősíti a részecskefizikában évtizedek óta uralkodó Standard Modell elsőbbségét. De a történet ezzel még nem ér véget, mivel az eredményeket most más kutatócsoportoknak kell ellenőrizniük. De mi a lényeg?

Új kísérletek

Fontos megérteni, hogy az új fizika felfedezéséheza standard modellen túl tudományos egyetértés van abban, hogy az elmélet és a mérés közötti eltérésnek öt sigmának kell lennie - ez egy statisztikai mérőszám, amely kb. 1 millióval valószínűséggel egyenlő 3,5 millióval.

Ez érdekes: a CERN tudósai az "új fizika" felfedezésének küszöbén állnak

Muon esetén mágneses mezőjének mérésekörülbelül 3,7 sigmával tért el a meglévő elméleti jóslatoktól. Ez minden bizonnyal érdekes, de nem elegendő a Standard Model összeomlásának bejelentéséhez. Tehát a jövőben a kutatók mind a méréseket, mind az elméletet javítani kívánják, abban a reményben, hogy az elméletet és a mérést összeegyeztetik, vagy a szigma szintet növelik, amely lehetővé teszi az új fizika felfedezésének bejelentését.