Пятая сила природы. Мюон.
“Неправильное поведение” субатомной частицы может указывать на пятую силу природы, предполагают исследователи. Пятая сила природы. Мюон.
Автор: Вирджилио Марин
Международная группа исследователей обнаружила убедительные доказательства того, что субатомная частица, называемая мюоном, может нарушать общепринятые законы физики. Во время эксперимента в Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Fermilab) мюоны внутри намагниченного кольца колебались совершенно непредсказуемым образом, предполагая, что существуют силы и частицы, которые остаются неизвестными физикам.
Что такое мюоны?
Мюоны «μ» muons, иногда называют “жирными электронами”, потому что они похожи на электроны – они имеют отрицательный заряд и ведут себя как крошечные стержневые магниты. Но мюоны более чем в 200 раз массивнее и крайне нестабильны. Они чрезвычайно быстро распадаются на электроны и сверхлегкие частицы, называемые нейтрино.
В течение десятилетий ученые измеряли магнетизм мюона, чтобы узнать больше о структуре материи. Они поместили мюоны в вакуум и подвергли их воздействию магнитного поля, заставляя их колебаться, как маленькие стрелки компаса. Частота, с которой частицы колеблются, показывает, насколько они магнитны.
Если мюоны колеблются с большей скоростью , чем предсказывалось, это может указывать на существование неизвестных частиц или сил. Это происходит потому, что мюоны находятся среди тумана других субатомных частиц, которые влияют на поведение мюонов. Эти частицы взаимодействуют друг с другом посредством сил, действующих только на субатомном уровне.
“Вы можете подумать, что частица может быть одна в мире”, — сказал Крис Полли, физик из Fermilab, который курирует исследования, в биографическом заявлении, опубликованном на сайте лаборатории. — Но на самом деле это вовсе не одиночество. Из-за квантового мира мы знаем, что каждая частица окружена окружением других частиц.” Ученые: Обнаружение мини-черных дыр может указывать на существование параллельных вселенных.)
Два десятилетия назад Полли участвовала в эксперименте под названием “Мюон g-2” в Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке. Для эксперимента физики измерили магнетизм мюона и сравнили его с предсказаниями Стандартной модели, принятой в настоящее время теории, описывающей фундаментальные частицы Вселенной и то, как они взаимодействуют.
Их измерения показали, что мюон немного более магнитен, чем предсказывалось. Это несоответствие намекало на существование чего-то неизвестного, но было недостаточно, чтобы претендовать на солидное открытие.
Брукхейвенский эксперимент не случайность
Фермилаб планировала изучить мюоны более тщательно, но нуждалась в гигантском магнитном накопителе, который команда Брукхейвена использовала для своего эксперимента. Кольцо было доставлено в Фермилаб в 2013 году, а Полли и его коллеги воссоздали эксперимент Брукхейвена в 2018 году. Команда закончила анализ первого урожая данных несколько лет спустя и объявила о своих выводах в среду, 7 апреля.
Их измерения близко соответствовали старым, предполагая, что результаты Брукхейвена не были ни статистической случайностью, ни результатом какого-то незамеченного дефекта в эксперименте.
“Эта величина, которую мы измеряем, отражает взаимодействие мюона со всем остальным во Вселенной”, — говорит Рене Фатеми, физик из Университета Кентукки и руководитель эксперимента. “Но когда теоретики вычисляют одну и ту же величину, используя все известные силы и частицы в Стандартной модели, мы не получаем одного и того же ответа.”
“Это убедительное доказательство того, что мюон чувствителен к чему-то, что не входит в нашу лучшую теорию”, — добавила она.
Остается большой вопрос: что заставило мюон слишком сильно колебаться? Исследователи предположили, что мюон может взаимодействовать с неизвестной частицей или силой, которую Стандартная модель не может объяснить. Добавление еще одной силы привело бы четыре фундаментальные силы природы – гравитацию, электромагнетизм, сильное ядерное взаимодействие и слабое ядерное взаимодействие – к пяти.
Тем не менее, есть один шанс из 40 000, что новые измерения ошибочны, а это означает, что исследователи пока не могут претендовать на открытие. Кроме того, исследователи до сих пор проанализировали только шесть процентов от общего объема данных, которые будут собраны в ходе исследования.
“Хотя эти первые результаты говорят нам о том, что существует интригующая разница со Стандартной моделью, мы узнаем гораздо больше в ближайшие пару лет”, — сказала Полли. (По теме: феномен “Темной материи”, подталкиваемый наукой к объяснению 96% Вселенной, может оказаться полной чушью, заявляют новые ученые.)
Но расхождение в последнем эксперименте гораздо значительнее чем в результатах Брукхейвена: Разница между экспериментальными результатами и теорией подскочила примерно с 2,5-кратной общей неопределенности до 3,7-кратной. Между тем физический стандарт для утверждения об открытии в пять раз превышает общую неопределенность.
Исследователи подробно изложили свои выводы в серии статей, которые они представили в журнал Physical Review Letters.
сайт Discoveries.news, чтобы узнать больше об удивительных открытиях, которые бросают вызов современным законам науки.
