Existuje fyzika, o ktorej zatiaľ nemáme predstavu? Nový experiment posúva duel medzi teóriou a praxou muónov bližšie ku koncu
V rámci dlhodobého experimentu Muon g-2 výskumníci z Fermilab prinášajú doteraz najpresnejšie merania magnetického momentu muónov.
Muóny sú elementárne častice, ktoré sa podobajú na elektróny, no ich hmotnosť je oveľa väčšia. Sú klasifikované ako leptóny a ako v prípade iných leptónov, ani v prípade muónov sa nepredpokladá, že by sa táto častica skladala z jednoduchších prvkov. Preto o nej hovoríme ako o fundamentálnej častici.
Výskumníci z Fermi National Accelerator Laboratory spolu s medzinárodným tímom vedcov v rámci nového výskumu vedci odmerali vlastnosť muónov, ktorú nazývame anomálny magnetický moment. Toto nové meranie zlepšuje presnosť predchádzajúcich meraní o dvojnásobok. Nová štúdia stavia na prvých výsledkoch, ktoré vedci získali ešte v roku 2021. Výsledky proti sebe stavajú teóriu a praktické experimenty a výsledky tohto, ako vedci popisujú „duelu“, prinesie odpovede na ktoré sa čakalo viac ako 20 rokov.
„Vchádzame do nového teritória. Darí sa nám určovať magnetický moment muónu s presnosťou, aká tu doteraz nebola,“ vysvetľuje Brendan Casey, vedec z Fermilab, ktorý pracoval na experimente Muon g-2 už od roku 2008.
Vedci opisujú fungovanie vesmíru na tej najzakladanejšej úrovni podľa teórie, ktorú nazývame Štandardný model. Porovnávaním toho, čo teória predpovedá s reálnymi experimentálnymi výsledkami, dokážu vedci zistiť či je táto teória úplná a či existuje fyzika operujúca za hranicami Štandardného modelu.
Na stope „novej fyziky“
Ako sme už opísali na začiatku, muóny sú podobné elektrónom až na ich hmotnosť. Tá je 200-násobne vyššia. Muóny však majú rovnako ako elektróny, drobný interný magnet, ktorý sa v prítomnosti magnetického poľa chvie. Toto chvenie v určitom magnetickom poli závisí na magnetickom momente, ktorý typicky reprezentuje písmeno g. V najjednoduchšom prípade nám teória hovorí, že g by sa malo rovnať dvom.
Rozdiely v hodnote g môžu vysvetliť interakcie muónov s časticami v kvantovej hmote, ktorá ho obklopuje. Ide o častice, ktoré v okamihu vznikajú a zanikajú, pričom stihnú muón ovplyvniť a tým aj zmenia spôsob akým táto základná častica interaguje v magnetickom poli. Štandardný model berie ohľad na všetky častice ktoré môžu muón ovplyvniť a tým vedci dokážu predpovedať ako sa kvantová „pena“ okolo muónu mení.
Neprehliadnite
Podľa vedcov však môžu existovať doteraz nepoznané častice, ktoré ovplyvňujú správanie muónov. Ak by sa ich podarilo nájsť a identifikovať, výskumníci by získali pohľad do takzvanej „novej fyziky“. Nová sada meraní priniesla presnejšie výsledky. Výskumníkom sa podarilo znížiť jeden typ nepresnosti, ktorú spôsobujú nedokonalosti v experimente, ktoré nazývajú systematická neistota.
„Nové meranie je neuveriteľný experimentálny úspech. Zraziť systematickú neistotu dole na takúto úroveň je niečo, o čom sme ani len nedúfali, že sa nám podarí tak skoro,“ hovorí Peter Winter, spoluhovorca pre spoluprácu Muon g-2.
Výskumníci tieto merania vykonali v 15-metrovom supervodivom magnetickom prstenci, do ktorého poslali lúč muónov. Tie prstenec obišli približne tisíckrát pohybujúc sa takmer rýchlosťou svetla. Hoci výsledky nových meraní možno považovať za obrovský úspech, práca vedcov ani zďaleka nekončí. V experimentoch pokračujú aj naďalej a finálny verdikt výskumu možno očakávať v roku 2025.
Ako vysvetľujú autori štúdie, už o približne dva roky budeme svedkami „ultimátneho duelu“, ktorý proti sebe postaví Štandardný model, najpresnejšiu teóriu o fungovaní vesmíru akú máme a experimentálne výsledky, teda obraz o tom ako skutočne častice fungujú. Výsledky tohto duelu nám pomôžu posunúť fyzikálne zákony dopredu a pochopiť ako vesmír skutočne funguje.
Komentáre