Ученые, возможно, приблизились к разгадке тайны, которая сохраняется с 1948 года: несоответствия магнитного момента мюона. Недавнее исследование, проведенное физиком Диого Бойто, указывает на возможные решения этой проблемы в физике элементарных частиц.
Проблема связана с разницей между теоретическим и экспериментальным значением магнитного момента мюона и может указывать на то, что частица взаимодействует с другой темной материей, бозонами Хиггса или даже с силой, до сих пор неизвестной физике.
Исследование, опубликованное журналом Physical Review Letters, указывает на то, что причина расхождений кроется между двумя методами, используемыми для предсказания теоретической ценности мюонов.
Каков магнитный момент мюона?
Магнитный момент мюона — это измерение, которое количественно определяет, как эта частица, своего рода более тяжелый «двоюродный брат» электрона, взаимодействует с магнитными полями, например, создаваемыми магнитом.
Величина является фундаментальной в физике элементарных частиц и теоретически предсказывается уравнением Дирака, сформулированным английским физиком Полем Дираком, как равная 2, обозначенная буквой «g». Однако эксперименты, проведенные на ускорителях частиц, выявили небольшую разницу в этой величине, что интригует ученых.
Читать далее:
По словам Диого Бойто, профессора Института физики Сан-Карлоса при Университете Сан-Паулу (IFSC-USP), решение этой проблемы может привести к великим открытиям в этой области:
«Точное определение магнитного момента мюона стало центральным вопросом в физике элементарных частиц, поскольку исследование этого разрыва между экспериментальными данными и теоретическими предсказаниями может предоставить нам информацию, которая приведет к открытию какого-то нового и впечатляющего эффекта».
Мюонное взаимодействие невозможно рассчитать чисто теоретически, поэтому ученые используют разные методы.
Один из них анализирует данные о столкновениях электронов и позитронов, а другой, получивший название «КХД в сети», моделирует процесс на суперкомпьютерах.
Первый имеет больше расхождений между теоретическими и экспериментальными результатами, тогда как «решеточная КХД» в целом больше соответствует теории, хотя причина неизвестна.
В исследовании рассматривается этот вопрос с использованием нового метода, который сравнивает результаты моделирования с экспериментальными данными.
В методике используются диаграммы Фейнмана — графики, которые упрощают расчеты взаимодействий между частицами.
Ключ к проблеме
Исследование впервые точно понимает диаграммы Фейнмана. Бойто объясняет:
Сегодня у нас есть восемь результатов по этим вкладам. [dos diagramas de Feynman], полученные с помощью моделирования КХД на решетке, и все они хорошо согласуются друг с другом. Мы показываем, что результаты данных электрон-позитронного взаимодействия не согласуются с этими восемью результатами моделирования.
Проще говоря, новый метод сравнения помогает определить, в чем и где проблема с магнитным моментом мюона. Исследование получило поддержку в рамках программы исследовательских грантов для молодых исследователей фазы 2 FAPESP.