Er verden virkelig på grensen til å oppdage en "ny fysikk"?

For femten år siden, fysikere fra BrookhavenNational Laboratory oppdaget noe fantastisk. Muoner, en type subatomær partikkel, beveget seg på uventede måter som ikke samsvarte med teoretiske spådommer. Siden har fysikere prøvd å finne ut hvorfor. Nylig tok en gruppe forskere fra Fermilab opp den eksperimentelle siden av saken og publiserte resultater 7. april 2021, som bekreftet den opprinnelige målingen. En rekke forskere tar imidlertid en annen tilnærming og mener at det ikke er noen "ny fysikk" i horisonten. Så et team av forskere i rammen av samarbeidet Budapest-Marseille-Wuppertal prøvde å finne ut om den gamle teoretiske spådommen var feil. En ny metode ble brukt til å beregne interaksjonen mellom muoner og magnetfelt. Hvis forskernes beregninger er riktige, er det ingen avvik mellom teori og eksperiment, akkurat som det ikke er noen oppdaget naturkraft.

Fysikk går gjennom interessante tider - noen studier viser at det kan være en naturkraft ukjent for vitenskapen, mens andre indikerer at standardmodellen fortsatt er urokkelig.

Muon og standardmodellen

Selv om det ikke er opplagt, er muoner tyngre.og elektronens ustabile søstre - omgir oss fra alle kanter. Disse subatomære partiklene opprettes for eksempel når kosmiske stråler kolliderer med partikler i atmosfæren på planeten vår. Interessant, muoner kan passere gjennom materie, og forskere bruker dem til å utforske utilgjengelige indre strukturer - fra gigantiske vulkaner til egyptiske pyramider.

Muoner, som elektroner, har en elektrisk ladning og genererer små magnetfelt. Styrken og orienteringen til dette magnetfeltet kalles magnetisk øyeblikk.

Nesten alt i universet, fra strukturen til atomer tilarbeidet til datamaskiner og galaksers bevegelse kan beskrives ved hjelp av fire interaksjoner: tyngdekraften; elektromagnetisme; svak interaksjon som er ansvarlig for radioaktivt forfall; sterk interaksjon, ansvarlig for inneslutning av protoner og nøytroner i kjernen til et atom. Forskere kaller denne strukturen Standard modell partikkelfysikk.

Interessant, alle interaksjoner av standardenmodellene bidrar til det magnetiske øyeblikket til muon, men hver av dem gjør det på flere forskjellige måter, som har vist seg utrolig vanskelig å bestemme.

Muonene oppdaget i kosmiske stråler har skremt det vitenskapelige samfunnet og til og med allmennheten.

“De fleste fenomenene i naturen kan forklares medved hjelp av standardmodellen, sier Zoltan Fodor, professor i fysikk ved University of Pennsylvania og leder av forskningsteamet. "Vi kan forutsi egenskapene til partikler ekstremt nøyaktig basert på denne teorien alene, så når teori og eksperiment ikke stemmer overens, vurderer vi sannsynligheten for at vi har oppdaget noe nytt, noe utenfor standardmodellen."

Vil du alltid være klar over de siste nyhetene fra vitenskapen og høyteknologien? Abonner på nyhetskanalen vår i Telegram for ikke å gå glipp av noe interessant!

Magnetisk mysterium

Tidligere for å beregne magnetmomentet til en muonfysikere brukte en blandet tilnærming - de samlet inn data om kollisjoner mellom elektroner og positroner - det motsatte av elektroner - og brukte det til å beregne bidraget til den sterke kraften til det magnetiske øyeblikket til muonet. Denne tilnærmingen har blitt brukt til å ytterligere avgrense estimatet i flere tiår. De siste resultatene er for 2020 og er veldig nøyaktige.

I en studie publisert 6. april i tidsskriftetNaturen, fysikere har tatt en ny tilnærming som gir et estimat av muons magnetfeltstyrke og samsvarer nøye med dens eksperimentelle verdi. Det er bemerkelsesverdig at forskerne brukte en fullstendig testet teori som var helt uavhengig av avhengighet av eksperimentelle målinger.

“Vi startet med ganske enkle ligninger ogbygget hele vurderingen fra bunnen av, ”skriver forskerne. Den nye beregningen krevde hundrevis av millioner prosessortimer ved flere superdatasentre i Europa og brakte teorien i tråd med målingene.

Se også: Fysikere har tenkt på om universets struktur. Trengs ikke lenger mørk energi?

Fysikerne brukte en mer intens kilde til muoner, noe som ga dem et mer nøyaktig resultat som nesten perfekt matchet den gamle dimensjonen.

Dataene som samles inn, reduserer gapet betydeligmellom teori og eksperimentelle målinger og, hvis det er sant, bekrefte forrangene til standardmodellen, som har styrt partikkelfysikk i flere tiår. Men historien slutter ikke der, siden resultatene nå må kryssjekkes av andre forskningsgrupper. Men hva er bunnlinjen?

Nye eksperimenter

Det er viktig å forstå at for oppdagelsen av ny fysikk,utover standardmodellen er det vitenskapelig enighet om at avviket mellom teori og måling skal være så stort som fem sigma, et statistisk mål som tilsvarer en sannsynlighet på omtrent 1 av 3,5 millioner.

Dette er interessant: Forskere fra CERN er i ferd med å oppdage "ny fysikk"

I tilfelle av en muon, målinger av magnetfeltetavvek fra eksisterende teoretiske spådommer med ca. 3,7 sigma. Det er absolutt spennende, men ikke nok til å kunngjøre kollapsen til standardmodellen. Så i fremtiden har forskere til hensikt å forbedre både målinger og teori, i håp om enten å forene teori og måling, eller øke sigma til et nivå som vil tillate kunngjøringen om oppdagelsen av New Physics.