Fermilab přepisuje fyziku magnetické anomálie v „prázdném“ prostoru
Foto: Ilustrační_SkieTheAce/PixabayTento dlouho očekávaný výsledek s ohromujícím dosažením přesnosti zůstane po mnoho dalších let nejpřesnějším měřením magnetické anomálie mionu na světě.
Vědci vědí, že ani ve vakuu není prostor nikdy prázdný. Místo toho je naplněný neviditelným mořem virtuálních částic, které se v souladu se zákony kvantové fyziky objevují a mizí na neuvěřitelně krátké časové okamžiky.
Miony jsou částice se silným magnetickým polem, které se nacházejí v „prázdném“ prostoru. Jde o těžšího bratrance elektronu. Miony jsou podobné elektronům, ale jsou asi 200krát hmotnější. A stejně jako elektrony mají miony kvantově mechanickou vlastnost zvanou spin, kterou lze interpretovat jako malý vnitřní magnet. V přítomnosti vnějšího magnetického pole se vnitřní magnet bude kolísat podobně jako osa u káči (dětské hračky). Experiment na kterém vědci pracovali dlouhých 20 let tak doslova přepisuje fyziku.
Foto: Fermilab g-2 (E989) ring/OpenverseVirtuální častice
Vědci můžou testovat přítomnost a povahu těchto virtuálních částic pomocí paprsků částic putujících v magnetickém poli. Experiment, který probíhal pomocí mionu g-2 zkoumali precesi mionů vystavených magnetickému poli. Hlavním cílem bylo ověřit předpovědi Standardního modelu týkající se této hodnoty experimentálním měřením rychlosti precese s přesností 0,14 ppm. Pokud existuje nesrovnalost, mohlo by to znamenat, že Standardní model je neúplný a vyžaduje revizi.
Třetí a poslední výsledek, založený na datech z posledních tří let, je v dokonalé shodě s předchozími výsledky experimentu, což dále upevňuje experimentální světový průměr. Tato dlouho očekávaná hodnota bude po mnoho dalších let nejpřesnějším měřením magnetické anomálie mionů na světě.
Foto: Black Hole Dark GIF by ESA/Hubble Space TelescopeNavzdory nedávným výzvám, které se týkaly teoretických předpovědí, které snižovaly důkazy o nové fyzice z mionu g-2, tento výsledek poskytuje přísný standard pro navrhovaná rozšíření Standardního modelu částicové fyziky.
Miony rotují v magnetickém poli a další subatomární částice ovlivňují jejich pohyb. Čím silnější je magnetické pole, tím rychleji se mion kymácí. Pozorováním rotace mohou vědci měřit, jak rychle se miony kymácejí. Když však vědci provedli experiment, zjistili, že miony můžou být o něco magnetičtější, než předpovídala teorie.
Anomálii je potřeba vysvětlit
Anomálie je malá, pouhých 2,5 dílů z 1 miliardy. To ale může stačit k tomu, aby bylo nutné vysvětlit, co způsobuje rychlejší kymácení, v podobě zcela nových elementárních částic. Pokud by se to stalo, zpochybnilo by to Standardní model částicové fyziky, soubor pravidel pro fungování vesmíru. Dokonce je to možná nová fyzika, která má důsledky pro budoucí experimenty a pro možné souvislosti s temnou hmotou.
Pokud experiment neodpovídá teorii, mohlo by to naznačovat novou fyziku. Fyzici se konkrétně zamýšleli nad tím, zda by tento rozpor mohl být způsobený dosud neobjevenými částicemi, které přitahují precesi mionu.
Na rozdíl od jiných experimentů v oblasti fyziky potřeboval projekt Muon g-2 více než jen fyziky zabývající se částicovou fyzikou, ale potřebovala kolaboraci, která se skládala také z fyziků pracujících na urychlovačích, atomových fyziků a jaderných fyziků. Bylo velmi cenné sledovat, že když se sešli všichni tito různí odborníci, dokázali společně vyřešit věci, které by jedna skupina pravděpodobně sama nezvládla.
Objev mionu
Ve 30. letech 20. století si vědci mysleli, že hmotu zcela pochopili. Bylo jasné, že hmota se skládá z atomů, atomy z protonů, neutronů a elektronů a tím to skončilo.
Pak ale objevili mion, překvapivě těžkého bratrance elektronu, který neměl žádný zjevný účel kromě toho, aby mátl vědce. Mion byl tak nečekaný, že nositel Nobelovy ceny Isidor Isaac Rabi v souvislosti s jeho objevem doslova vtipkoval: „Kdo si to objednal?“
O sedmdesát pět let později se velká část záhady obklopující mion rozplynula. Vědci určili jeho hmotnost s přesností na osm desetinných míst, znají jeho poločas rozpadu na pikosekundu a dokonce našli způsoby, jak ho manipulovat pro využití ve vědě a průmyslu. Přesto mnoho vědců věří, že mion je víc, než se na první pohled zdá.
Nakonec se z 16 částic ve Standardním modelu mion stává středem výzkumu stále více fyziků, kteří se snaží porozumět jeho jedinečným vlastnostem a zároveň ho využít jako sondu pro zbytek subatomárního světa.
Zdroj: Fermilab; https://news.fnal.gov/2025/06/muon-g-2-most-precise-measurement-of-muon-magnetic-anomaly/