Muon g-2: mijlpaalonderzoek daagt het regelboek van deeltjesfysica uit
Het standaardmodel is een rigoureuze theorie die het gedrag van de bouwstenen van het universum voorspelt.
Artist's opvatting van het mysterie van het magnetische moment van het muon. (Bron: Dani Zemba, Pennsylvania State University) Nieuw gepubliceerde resultaten van een internationaal experiment wijzen op de mogelijkheid van nieuwe fysica die de natuurwetten beheerst, zeggen wetenschappers. De resultaten van het experiment, dat bestudeerde een subatomair deeltje genaamd de muon , komen niet overeen met de voorspellingen van het standaardmodel, waarop alle deeltjesfysica is gebaseerd, en bevestigen in plaats daarvan een discrepantie die 20 jaar eerder in een experiment was gedetecteerd. Met andere woorden, de fysica die we kennen, kan niet alleen de gemeten resultaten verklaren. De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.
Nieuwsbrief| Klik om de beste uitleg van de dag in je inbox te krijgen
Wat is het standaardmodel?
Het standaardmodel is een rigoureuze theorie die het gedrag van de bouwstenen van het universum voorspelt. Het beschrijft de regels voor zes soorten quarks, zes leptonen, het Higgs-deeltje, drie fundamentele krachten en hoe de subatomaire deeltjes zich gedragen onder invloed van elektromagnetische krachten.
Het muon is een van de leptonen. Het is vergelijkbaar met het elektron, maar 200 keer groter en veel onstabieler en overleeft een fractie van een seconde. Het experiment, genaamd Muon g-2 (g minus twee), werd uitgevoerd in het Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) van het Amerikaanse Department of Energy.
Waar ging dit experiment over?
Het mat een hoeveelheid met betrekking tot het muon, als vervolg op een eerder experiment in Brookhaven National Laboratory, onder het Amerikaanse ministerie van Energie. Het Brookhaven-experiment, dat in 2001 werd afgesloten, kwam met resultaten die niet identiek waren aan de voorspellingen van het standaardmodel.
Het Muon g-2-experiment heeft deze hoeveelheid nauwkeuriger gemeten. Het probeerde erachter te komen of de discrepantie zou blijven bestaan, of dat de nieuwe resultaten dichter bij voorspellingen zouden liggen. Het bleek dat er opnieuw een discrepantie was, hoewel kleiner.
WORD NU LID:The Express Explained Telegram Channel
Welke hoeveelheid is gemeten?
Het wordt de g-factor genoemd, een maat die is afgeleid van de magnetische eigenschappen van het muon. Omdat het muon onstabiel is, bestuderen wetenschappers het effect dat het achterlaat op zijn omgeving.
Muonen gedragen zich alsof ze een kleine interne magneet hebben. In een sterk magnetisch veld wiebelt de richting van deze magneet - net als de as van een tol. De snelheid waarmee het muon wiebelt, wordt beschreven door de g-factor, de hoeveelheid die werd gemeten. Het is bekend dat deze waarde dicht bij 2 ligt, dus wetenschappers meten de afwijking van 2. Vandaar de naam g-2.
De g-factor kan nauwkeurig worden berekend met behulp van het Standaardmodel. In het g-2-experiment hebben wetenschappers het gemeten met zeer nauwkeurige instrumenten. Ze genereerden muonen en lieten ze circuleren in een grote magneet. De muonen wisselden ook in met een kwantumschuim van subatomaire deeltjes die in en uit het bestaan springen, zoals Fermilab het beschreef. Deze interacties beïnvloeden de waarde van de g-factor, waardoor de muonen iets sneller of iets langzamer wiebelen. Hoeveel deze afwijking precies zal zijn (dit wordt een abnormaal magnetisch moment genoemd), kan ook worden berekend met het Standaardmodel. Maar als het kwantumschuim extra krachten of deeltjes bevat die niet door het standaardmodel worden verklaard, zou dat de g-factor verder aanpassen.
Wat waren de bevindingen?
De resultaten, hoewel afwijkend van de voorspelling van het standaardmodel, komen sterk overeen met de Brookhaven-resultaten, zei Fermilab.
hoeveel is darci lynne boer waard
De geaccepteerde theoretische waarden voor het muon zijn:
g-factor: 2.00233183620
abnormaal magnetisch moment: 0,00116591810
De nieuwe experimentele resultaten (gecombineerd met de Brookhaven- en Fermilab-resultaten) die woensdag zijn aangekondigd, zijn:
g-factor: 2.0023184122
abnormaal magnetisch moment: 0,00116592061.
Wat betekent dit?
De resultaten van Brookhaven, en nu Fermilab, duiden op het bestaan van onbekende interacties tussen het muon en het magnetische veld - interacties waarbij nieuwe deeltjes of krachten betrokken kunnen zijn. Het is echter niet het laatste woord in het openen van de weg naar nieuwe fysica.
Om een ontdekking te claimen, hebben wetenschappers resultaten nodig die 5 standaarddeviaties afwijken van het standaardmodel. De gecombineerde resultaten van Fermilab en Brookhaven lopen 4,2 standaarddeviaties uiteen. Hoewel dit misschien niet genoeg is, is het zeer onwaarschijnlijk dat het een toevalstreffer is - die kans is ongeveer 1 op 40.000, zei het Argonne National Laboratory, ook onder het Amerikaanse ministerie van Energie, in een persbericht.
Dit is een sterk bewijs dat het muon gevoelig is voor iets dat niet in onze beste theorie staat, zei Renee Fatemi, een natuurkundige aan de Universiteit van Kentucky en de simulatiemanager voor het Muon g-2-experiment, in een verklaring vrijgegeven door Fermilab.
Deel Het Met Je Vrienden:
