Το θαυμαστό μιόνιο και το μυστήριο με τον «μαγνητισμό» του

Τα πρώτα αποτελέσματα από το πείραμα Muon g-2 στο Fermilab κλονίζουν το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων!

Το μιόνιο (συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα μ – αγγλική ονομασία muon) είναι στοιχειώδες σωματίδιο παρόμοιο με το ηλεκτρόνιο, με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο -1 και ιδιοστροφορμή (spin) 1⁄2. Μαζί με το ηλεκτρόνιο, το ταυ λεπτόνιο, και τα τρία νετρίνα, είναι ταξινομημένο ως λεπτόνιο. Είναι ένα ασταθές υποατομικό σωματίδιο και έχει τη δεύτερη πιο μακροχρόνια μέση διάρκεια ζωής (2.2 µs), μετά από το νετρόνιο (~15 λ.). Ο συνήθης τρόπος διάσπασής του είναι:

\mu^{-} \rightarrow e^{-} + \bar{\nu}_{e} + \nu_{\mu}

Όπως όλα τα στοιχειώδη σωματίδια, το μιόνιο έχει ένα αντίστοιχο αντισωμάτιο αντίθετου φορτίου αλλά ίσης μάζας και spin: το αντιμιόνιο (επίσης αποκαλούμενο θετικό μιόνιο). Τα μιόνια συμβολίζονται με μ και τα αντιμιόνια με μ+. Τα μιόνια αναφέρονταν μερικές φορές ως μι-μεσόνια στο παρελθόν, παρόλο που δεν κατατάσσονται ως μεσόνια από τους σύγχρονους φυσικούς που ασχολούνται με τα στοιχειώδη σωματίδια.

Το πείραμα Muon g-2 βρίσκεται σε εξέλιξη στο εργαστήριο Fermi National Accelerator στις ΗΠΑ. Είναι στην πραγματικότητα μια συνέχεια, ένα πείραμα που έχει σχεδιαστεί για να επανεξετάσει μια μικρή διαφορά μεταξύ της θεωρίας και των αποτελεσμάτων ενός προηγούμενου πειράματος στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven, το οποίο ονομαζόταν επίσης Muon g-2. Η ασυμφωνία θα μπορούσε να είναι σημάδι ότι υπάρχει νέα φυσική. Οι επιστήμονες θέλουν να μάθουν αν επιβεβαιώνεται η μέτρηση ή αν ήταν μια άνευ ουσίας στατιστική διακύμανση.

Η ερευνητική ομάδα Muon g-2 του Fermilab παρουσιάζει σήμερα 7 Απριλίου τα πρώτα αποτελέσματα (δείτε ΕΔΩ). …

Περιμένοντας την ανακοίνωση ας θυμηθούμε σχετικά με την μαγνητική ροπή του μιονίου:

Η ανώμαλη μαγνητική ροπή

Η μαγνητική ροπή \vec{\mu} ενός μαγνήτη είναι το μέγεθος που προσδιορίζει την ροπή \vec{\tau} που δέχεται ο μαγνήτης όταν τοποθετείται σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο \vec{B}

\vec{\tau}=\vec{\mu}\times\vec{B} .

Ένας βρόχος ηλεκτρικού ρεύματος, ένας ραβδόμορφος μαγνήτης, ένα ηλεκτρόνιο, ένα μόριο, ένας πλανήτης, έχουν μαγνητική ροπή. Για το ηλεκτρόνιο η μαγνητική ροπή είναι ανάλογη του σπιν \vec{S}

\vec{\mu} =g\frac{e}{2m}\vec{S}

Mια πρώτη προσέγγιση της εξίσωσης Dirac δίνει g=−2, μια τιμή που θεωρείται ως κλασικό αποτέλεσμα. Αυτή η κλασική τιμή διαφέρει από την παρατηρούμενη τιμή κατά ένα μικρό κλάσμα: a_{e}=\frac{g-2}{2} , μια διαφορά που αναφέρεται ως ανώμαλη μαγνητική ροπή.

Η ανώμαλη μαγνητική ροπή οφείλεται στην αλληλεπίδραση με εικονικά σωματίδια, σωματίδια που εμφανίζονται για μια στιγμή και στη συνέχεια εξαφανίζονται. Τα εικονικά σωματίδια σύμφωνα με την αρχή της απροσδιοριστίας μπορούν να εμφανιστούν στον πραγματικό κόσμο για πολύ μικρό χρονικό διάστημα χωρίς να παραβιάζονται οι αρχές της φυσικής.

Οι φυσικοί υπολογίζουν την συνεισφορά στην ανώμαλη μαγνητική ροπή του ηλεκτρονίου από τα εικονικά σωματίδια χρησιμοποιώντας την Κβαντική Ηλεκτροδυναμική και τα διαγράμματα Feynman:  a_{e} =0.001 159 652 181 643 (764) .
H τωρινή πειραματική τιμή είναι: a_{e} =0.001 159 652 180 73 (28) , που συμφωνεί με την θεωρητική κατά 1:109. Πρόκειται για έναν θρίαμβο της θεωρητικής φυσικής.

Η διαφορά μεταξύ των παραγόντων g του ηλεκτρονίου και του μιονίου οφείλεται στην διαφορά των μαζών τους. Η ανώμαλη μαγνητική ροπή του μιονίου αμ υπολογίζεται με παρόμοιο τρόπο, αλλά εμφανίζονται κάποιες διαφοροποιήσεις.

Περιέχει τρεις όρους:
a_{\mu}^{SM} = a_{\mu}^{QED} + a_{\mu}^{EW} + a_{\mu}^{Hadron} =0.001 165 918 04 (51) .
Oι πρώτοι δύο όροι αντιστοιχούν στις αλληλεπιδράσεις με φωτόνια, λεπτόνια και τα μποζόνια W, Ζ και Higgs και μπορούν να υπολογιστούν από την θεωρία. Ο τρίτος όρος αντιστοιχεί στις αλληλεπιδράσεις με αδρόνια (που δεν είναι σημαντικές για τα ηλεκτρόνια) και δεν μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας μόνο τη καθιερωμένη θεωρία. Χρειάζονται επιπλέον δεδομένα που προκύπτουν από πειράματα. Έτσι η ανώμαλη μαγνητική ροπή του μιονίου προσφέρεται για τον έλεγχο θεωριών πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου, όπως η Υπερσυμμετρία.

Το πείραμα E821, στο εργαστήριο Brookhaven, μέτρησε την ανώμαλη ροπή του μιονίου βρίσκοντας μια τιμή a_{\mu} =0.001 165 920 9 (6) . Ενώ λοιπόν η μαγνητική ροπή του ηλεκτρονίου συμφωνεί εξαιρετικά με την θεωρητική, αυτό δεν συμβαίνει με το μιόνιο που διαθέτει πολύ μεγαλύτερη μάζα από το ηλεκτρόνιο. Οι φυσικοί θεωρούν ότι η διαφορά στην ανώμαλη μαγνητική ροπή των μιονίων αναδεικνύει τις ρωγμές του Καθιερωμένου Προτύπου των στοιχειωδών σωματιδίων.

Δείτε επίσης τον Dr. Don Lincoln από το Fermilab να παρουσιάζει την φυσική του g-2: 

διαβάστε επίσης: The mystery of the muon’s magnetism

Συνεχίζεται ….

(η συνέχεια)

Η θεωρητική τιμή που είναι αποδεκτή (σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων) για τον παράγοντα g είναι: 2.00233183620(86) (η αβεβαιότητα σε παρένθεση), ενώ η θεωρητική τιμή της ανώμαλης μαγνητικής ροπής είναι: 0.00116591810(43)

Η νέα πειραματική τιμή που ανακοίνωσε το πείραμα Muon g-2 πριν από λίγο για τον παράγοντα g είναι: 2.00233184122(82) και η μετρούμενη ανώμαλη μαγνητική ροπή: 0.00116592061(41)

Συνδυάζοντας τα αποτελέσματα των Fermilab και Brookhaven δείχνουν μια διαφορά με τη θεωρία στα 4,2σ (ή τυπικές αποκλίσεις), λίγο μικρότερη από τα 5σ που απαιτείται ώστε να ισχυριστεί κάποιος νέα ανακάλυψη. Πάντως η πιθανότητα τα αποτελέσματα να είναι στατιστική διακύμανση είναι περίπου 1 στα 40.000.

Τα πρώτα αποτελέσματα του πειράματος Muon g-2 στο Fermilab επιβεβαιώνουν το αποτέλεσμα του πειράματος που πραγματοποιήθηκε στο Brookhaven National Lab πριν από δύο δεκαετίες.

διαβάστε περισσότερα ΕΔΩ: https://news.fnal.gov/2021/04/first-results-from-fermilabs-muon-g-2-experiment-strengthen-evidence-of-new-physics/



Κατηγορίες:ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Ετικέτες:

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: