Измерение аномального магнитного момента положительного мюона до 0,20 ppm
Коллаборация Muon g-2 недавно сообщила о новом измерении так называемой положительной мюонной магнитной аномалии, основанном на данных, собранных в Фермилабе в период с 2019 по 2020 год. Это измерение согласуется с их предыдущими измерениями, уменьшая при этом ошибку более чем в два раза. 2 из-за улучшения условий эксперимента. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Коллаборация Muon g-2 в Фермилабе достигла самого точного в мире измерения магнитного момента мюона, одной из элементарных частиц во Вселенной. Объявление от 10 августа 2023 года стало вторым результатом эксперимента в Фермилабе и в два раза точнее первого результата, объявленного 7 апреля 2021 года.
Фото: Fermilab
Коллаборация Мюон g-2 — это большая группа исследователей из разных институтов по всему миру, сотрудничающих в эксперименте Мюон g-2. Это исследовательская работа, направленная на изучение взаимодействий мюонов, короткоживущих частиц, которые по сути являются тяжелыми электронами, с использованием мощных ускорителей в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми (Фермилаб).
Коллаборация Muon g-2 недавно сообщила о новом измерении так называемой положительной мюонной магнитной аномалии, основанном на данных, собранных в Фермилабе в период с 2019 по 2020 год. Это измерение согласуется с их предыдущими измерениями, уменьшая при этом ошибку более чем в два раза. 2 из-за улучшения условий эксперимента.
Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
«Работа о PRL — это следующий шаг на пути к нашей цели измерения мюонной магнитной аномалии с точностью до 140 частей на миллиард», — Эндрю Эдмондс, доцент Йоркского колледжа Городского университета Нью-Йорка и член коллаборации Muon g-2. рассказал Phys.org. «Он основан на нашем предыдущем результате, опубликованном в 2021 году, который имел точность 460 частей на миллиард, а этот результат имеет точность 200 частей на миллиард. Для справки, измерение Статуи Свободы с точностью до 200 частей на миллиард эквивалентно измерению это до 0,2 тысячных дюйма».
Мюонная магнитная аномалия — это величина, которая представляет собой аномальный магнитный момент мюонов. До сих пор наблюдались расхождения между фактическими измерениями этой величины и теоретическими предсказаниями.
Измеренное значение мюонной магнитной аномалии
Авторы и права: Коллаборация Muon g-2, Phys. Преподобный Летт. 131, 161802 (2023)
Сообщаемые различия между теоретическими и измеренными значениями могут быть результатом статистической случайности, а не необъяснимой в настоящее время физики за пределами Стандартной модели. Однако, собирая все более точные измерения , Эдмондс и его коллеги надеются внести дополнительную ясность в этот вопрос. Если результат останется прежним при все большей точности, это может подтвердить, что сообщаемые расхождения являются результатом физических явлений, выходящих за рамки Стандартной модели.
«Мы проводим это измерение, сохраняя мюоны в высокооднородном магнитном накопителе диаметром 14 м», — объяснил Эдмондс. «Мюоны носятся вокруг кольца и в конечном итоге распадаются на позитрон (то есть положительно заряженный электрон). Позитроны не накапливаются и поэтому попадают в наши детекторы внутри кольца. Мы подсчитываем количество позитронов, которые поразите детекторы и увидите колебания числа позитронов».
Чтобы определить мюонную магнитную аномалию, Коллаборация Muon g-2 в конечном итоге объединяет зарегистрированную частоту колебаний числа позитронов с высокоточным измерением магнитного поля. Измерение, представленное в их недавней статье, является наиболее точным на сегодняшний день, поскольку условия эксперимента были улучшены, а также стабильность пучков частиц.
Число обнаруженных позитронов как функция времени. Ось X повторяется, поэтому нижние колебания происходят позже.
Авторы и права: Коллаборация Muon g-2, Phys. Преподобный Летт. 131, 161802 (2023).
«Наши новые измерения согласуются с предыдущими измерениями», — сказал Эдмондс. «Это дает нам больше уверенности в том, что мы измеряем правильное значение, и мы приближаемся к возможности подтвердить, является ли разница статистической случайностью».
Эта недавняя работа Коллаборации Мюонов g-2 является дальнейшим шагом на пути к подтверждению того, что на положительную мюонную магнитную аномалию влияют физические процессы, выходящие за рамки Стандартной модели. Сейчас исследователи анализируют окончательный набор данных, который будет включать в себя все данные, собранные за шесть лет работы ускорителей частиц в Фермилабе.
«Окончательный набор данных содержит в 4 раза больше данных, чем в двух предыдущих измерениях, поэтому наша точность должна снизиться вдвое, и мы сможем достичь цели в 140 частей на миллиард», — сказал Эдмондс. «Тем временем теоретики собираются обновить свою теоретическую ценность мюонной магнитной аномалии, и поэтому в 2025 году нам предстоит окончательное сражение между экспериментальными измерениями и теоретическими предсказаниями, чтобы подтвердить, является ли разница статистической случайностью или вызвана физикой за пределами Стандартной модели».
