7 апреля 2021 года Национальная ускорительная лаборатория им. Энрико Ферми (Фермилаб, США) представила первые результаты масштабного эксперимента Muon g-2 по измерению аномального магнитного момента мюона. В предыдущем эксперименте в Брукхейвенской лаборатории (США), который закончился около 20 лет назад, была обнаружена разница между теоретическим предсказанием и экспериментальным значением этой физической величины. Эксперимент Фермилаб подтвердил эту разницу. Возможное объяснение наблюдаемого отличия – существование неизвестных частиц или взаимодействий, не описываемых Стандартной моделью. Исследования Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) тесно связаны с экспериментом Muon g-2: на коллайдере ВЭПП-2000 изучается вклад сильных взаимодействий. Результаты, полученные на новосибирском коллайдере, необходимы для теоретического вычисления аномального магнитного момента мюона и использовались специалистами Фермилаб. Результаты опубликованы в Physical Review Letters.​  

Первые результаты эксперимента Muon g-2, проведенного в Фермилаб, указывают на то, что мюоны ведут себя не так, как это предсказывает Стандартная модель, и подтверждают результаты эксперимента, проведенного в Брукхейвенской национальной лаборатории около 20 лет назад. Вместе они свидетельствуют о том, что лучшая теоретическая модель субатомного мира – Стандартная модель – может оказаться неполной. Одним из возможных объяснений этого может стать существование неоткрытых частиц или сил. Однако наблюдаемая разница на 4.2 стандартных отклонения между экспериментальным и теоретическим значением аномального магнитного момента мюона недостаточна для того, чтобы уверенно утверждать, что существующая теория не полна. Требуется дальнейшее увеличение точности как эксперимента, так и теоретического расчета. 

 
«Магнитный момент — это свойство элементарной частицы, он поддается измерению. Аномальный магнитный момент — небольшое отклонение магнитного момента частицы от «стандартной» величины, которое возникает при ее взаимодействии с частицами и полями, все время появляющимися и исчезающими в вакууме. Величина аномального магнитного момента собирает вместе эффект от всех частиц, которые существуют в природе», — рассказал заместитель директора по научной работе ИЯФ СО РАН, заведующий кафедрой физики элементарных частиц ФФ НГУ, доктор физико-математических наук Иван Логашенко. 

Результат измерения аномального магнитного момента мюона в Фермилаб  
 
Результат измерения аномального магнитного момента мюона в Фермилаб, в сравнении с предыдущим измерением и теоретическим расчетом. Автор - The Muon g-2 Collaboration
 
По словам ученого, мюон – это точечная частица, у нее нет внутренней структуры. Существует «легкий» аналог мюона, электрон, и «тяжелый» аналог - тау-лептон. Чем тяжелее исходная частица, тем она чувствительней к влиянию различных частиц и сил. Впервые был измерен аномальный магнитный момент электрона — ещё в конце 1940-х годов. Но электрон настолько легкий, что слабо «чувствует» влияние возможных, еще не открытых, частиц. Поэтому интерес для ученых представляют частицы бОльших масс. 

 
«В идеале мы хотели бы изучать тау-лептон, однако измерение его аномального магнитного момента с высокой точностью пока экспериментально недоступно. Поэтому наиболее оптимальный на сегодняшний день объект для исследования — мюон. Во-первых, мюон достаточно тяжелый, чтобы “чувствовать” тяжелые частицы, и, во-вторых, существуют экспериментальные методы, которые позволяют очень точно измерить аномальный магнитный момент мюона. Мы с высокой точностью рассчитываем влияние всех известных нам частиц, и измеряем величину аномального магнитного момента в эксперименте. Если полученные данные разойдутся — значит, есть какие-то пока неизвестные нам частицы и силы, которые и дают эту дополнительную разницу. Такова общая идея эксперимента в Фермилаб», — пояснил Иван Логашенко. ​

 
Главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Семен Эйдельман объяснил важность изучения проблемы аномального магнитного момента мюона.  

 
«Сегодня процессы, которые происходят в физике элементарных частиц, хорошо объясняются так называемой Стандартной моделью. Это теория, которая успешно объединила основные виды взаимодействия, существующие в нашем мире — электромагнитные, слабые и сильные (их еще иногда называют ядерными). Стандартная модель существует около 50 лет в современном ее виде, и большинство экспериментальных явлений, или наших наблюдений во Вселенной, прекрасно ею описываются. Одним из немногочисленных исключений стал эксперимент по измерению аномального магнитного момента мюона. Выяснилось, что экспериментальное значение этой величины не совпадает с теоретическим, разница составляет 3,7 стандартного отклонения. Вероятность случайно получить такое отличие очень мала, меньше одной тысячной», — объяснил Семен Эйдельман. ​

 
Эксперимент Фермилаб посвящен измерению аномального магнитного момента мюона, но не менее важен и теоретический расчет этой величины – ведь именно разница между экспериментом и теорией и дает информацию о существовании новых частиц и взаимодействий. ИЯФ СО РАН активно вовлечен в эти исследования. С помощью действующего в институте коллайдера ВЭПП-2000 изучается вклад в аномальный магнитный момент мюона сильных взаимодействий. 

 
«Этот параметр пока не удается вычислить, основываясь на чистой теории, он определяется непрямым способом. Для этого необходимо измерить вероятность рождения сильновзаимодействующих частиц — адронов, и с помощью этих данных можно теоретически вычислить вклад сильных взаимодействий в аномальный магнитный момент мюона. Наиболее важны измерения в области энергий до 2 ГэВ, именно они определяют точность теоретического расчета. Коллайдер ВЭПП-2000 работает как раз в этом диапазоне энергий и, на сегодняшний день, это лучшая установка в мире, на которой можно получить такие данные», — отметил Иван Логашенко. ​

 
Семен Эйдельман уточнил, что эксперименты, нацеленные на эти задачи, ведутся в ИЯФ СО РАН на коллайдере ВЭПП-2000 с 2010 года.  

 
«ВЭПП-2000 — это электрон-позитронный коллайдер, на нем работают два детектора: СНД (сферический нейтральный детектор) и КМД-3 (криогенный магнитный детектор). С их помощью мы должны измерить некоторое количество величин, так называемых сечений эксклюзивных процессов, некоторые – с точностью лучше процента. В общей сложности их около тридцати, часть из них мы уже измерили, набрали данные и находимся в процессе анализа экспериментальной информации», — сказал он. ​

 
Ученый отметил, что оба эксперимента, и в Фермилаб, и в Новосибирске, продолжаются и нацелены на дальнейшее увеличение точности. 

 
«В обоих экспериментах набран большой объем данных, ведется их анализ. Новый результат Фермилаб очень интересный, интригующее расхождение эксперимента и Стандартной модели сохранилось, и в ближайшие годы, по мере поступления новых результатов из Фермилаб и Новосибирска, мы узнаем много нового о природе этой загадки», — подчеркнул Семен Эйдельман.​ 


Источники

Результаты эксперимента Фермилаб подтвердили наблюдаемое нарушение Стандартной модели
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 07/04/2021
Результаты эксперимента Фермилаб подтвердили наблюдаемое нарушение Стандартной модели
Популярная механика (popmech.ru), 07/04/2021
Результаты эксперимента Фермилаб подтвердили наблюдаемое нарушение Стандартной модели
Институт ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН (inp.nsk.su), 07/04/2021
Результаты эксперимента Фермилаб подтвердили наблюдаемое нарушение Стандартной модели
Наука в Сибири (sbras.info), 08/04/2021
Мюонная аномалия
Академгородок (academcity.org), 08/04/2021
Неизвестная физика: ученые подтвердили наблюдаемое нарушение Стандартной модели
Земля. Хроники жизни (earth-chronicles.ru), 08/04/2021
Свидетельства "новой физики" выявили ученые в США и России
Sibiryak-info.ru, 08/04/2021
Результаты эксперимента Фермилаб подтвердили наблюдаемое нарушение Стандартной модели
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 08/04/2021
Runbo Chen/Quanta
Индикатор (indicator.ru), 08/04/2021
Ученые в США и России нашли явление, которое не описывает современная физика
Эксперт (expert.ru), 08/04/2021
Новосибирские физики: расхождение между экспериментом и Стандартной моделью
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 08/04/2021
Ученые из США и России получили новые экспериментальные доказательства существования "новой физики"
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 09/04/2021
Мюоны наносят удар по Стандартной модели?
Наука и жизнь (nkj.ru), 09/04/2021
Эксперимент Muon g-2 увидел отклонения от Стандартной модели в измерениях магнитного момента мюона
Научный портал MSAU.RU, 12/04/2021
Мюоны наносят удар по Стандартной модели?
Umka news (umka-tv.ru), 13/04/2021
Тайны, которые хранят атомы, раскрыли ученые Института ядерной физики СО РАН
ОТС-ТВ (otstv.ru), 13/04/2021
Ученые подтвердили наблюдаемое нарушение Стандартной модели
Научная Россия (scientificrussia.ru), 14/04/2021

Похожие новости

  • 20/04/2021

    «Экран ФЭП»: экологичная конкуренция, сотрудничество с государством и симбиоз с наукой

    Новосибирск занимает уникальное место на карте мирового рынка электронно-оптических преобразователей (ЭОП), применяемых в приборах ночного видения. Здесь сосредоточены три из четырех российских (а это примерно половина всех мировых) предприятий, выпускающих эти устройства.
    543
  • 19/08/2021

    «Ядерное» лечение рака уезжает из Сибири в Китай

    Революционный «ядерный» метод лечения рака, разработанный еще в прошлом веке, до сих пор не применяют в России. Новосибирские физики создали для него идеальный прибор — генератор нейтронов на основе ускорителя заряженных частиц.
    675
  • 28/02/2019

    В ЦЕРН обнаружили новую частицу, которая уточнит кварковую модель

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила об открытии нового состояния c-кварка и анти c-кварка – частицы ψ3(1D).
    2005
  • 07/03/2016

    В ИЯФ СО РАН разработали ключевые компоненты нового коллайдера

    ​ ​В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН созданы вакуумные камеры, корректирующие магниты, электроника регистрации и программное обеспечение для установки SuperKEKB, которая монтируется в японской Лаборатории физики высоких энергий (КЕК) в Цукубе.
    3909
  • 30/07/2021

    Физики обнаружили новый подвид частиц

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, Новосибирский государственный университет (НГУ), Институт теоретической и экспериментальной физики им.
    887
  • 11/02/2021

    И женское дело тоже: три истории новосибирских женщин-учёных

    ​​Возможность получать такое же образование, какое получают мужчины, у женщин появилась относительно недавно. В России, например, всего 103 года назад — после революции. Тем не менее женщины наукой всегда не просто интересовались, а двигали прогресс вперёд и совершали настоящие открытия.
    921
  • 15/07/2019

    В ЦЕРН обнаружили новую частицу

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила об открытии двух новых возбужденных состояний прелестного бариона, которые, возможно, являются новой частицей Λb (1D) (лямбда-б барион (1D)) или Σb (сигма-б барион).
    1380
  • 22/04/2021

    «Машина времени»: модернизированная установка позволит заглянуть в прошлое на миллионы лет

    Ускорительная масс-спектрометрия (УМС) – сверхчувствительный метод изотопного анализа, при котором производится тщательная селекция атомов вещества с подсчётом интересующих нас изотопов. Метод позволяет с высокой точностью датировать археологические находки и геологические породы, изучать состав атмосферы и ткани живых организмов разных исторических периодов.
    847
  • 08/04/2021

    Как реализуется глобальный проект - синхротрон СКИФ?

    Идет подготовка строительной площадки, создается цифровой двойник Флагман проекта — центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ), который возводят в наукограде Кольцово, планируется запустить в 2023 году.
    485
  • 15/08/2019

    Эксперимент Belle II пройдет с участием ученых Академгородка

    ​Эксперимент Belle II — это один из экспериментов в физике высоких энергий, работающий на передовых рубежах современной науки. Данные, полученные в результате эксперимента, позволят проверить предсказания Стандартной модели для вероятностей редких распадах B- и D-мезонов и t-лептона, улучшить точность измерения параметров нарушения симметрии между веществом и антивеществом и, возможно, обнаружить проявления новой физики.
    1619