ミューオンg–2：画期的な研究が素粒子物理学のルールブックに挑戦
標準模型は、宇宙の構成要素の振る舞いを予測する厳密な理論です。
ミューオンの磁気モーメントの謎についての芸術家の概念。 （出典：ペンシルバニア州立大学、Dani Zemba） 科学者たちは、国際実験の新たに発表された結果は、自然の法則を支配する新しい物理学の可能性を示唆していると言います。研究した実験の結果 ミューオンと呼ばれる素粒子 、すべての素粒子物理学が基づいている標準模型の予測と一致せず、代わりに20年前の実験で検出された不一致を再確認します。言い換えれば、私たちが知っている物理学だけでは、測定された結果を説明することはできません。この研究は、Physical ReviewLetters誌に掲載されました。
ニュースレター|クリックして、その日の最高の説明者を受信トレイに表示します
標準模型とは何ですか？
標準模型は、宇宙の構成要素の振る舞いを予測する厳密な理論です。これは、6種類のクォーク、6つのレプトン、ヒッグス粒子、3つの基本的な力、および電磁力の影響下での素粒子の振る舞いの規則を示しています。
ミューオンはレプトンの1つです。これは電子に似ていますが、200倍大きく、はるかに不安定で、ほんの一瞬しか生き残れません。ミューオンg–2（gマイナス2）と呼ばれる実験は、米国エネルギー省のフェルミ国立加速器研究所（Fermilab）で実施されました。
この実験は何についてでしたか？
米国エネルギー省のブルックヘブン国立研究所での以前の実験に続いて、ミューオンに関連する量を測定しました。 2001年に終了したブルックヘブンの実験では、標準モデルによる予測とまったく一致しない結果が出ました。
Muon g–2実験では、この量をより正確に測定しました。不一致が続くかどうか、または新しい結果が予測に近づくかどうかを調べました。結局のところ、小さいながらも不一致がありました。
今すぐ参加：Express Explained Telegram Channel
どのくらいの量が測定されましたか？
これはg因子と呼ばれ、ミューオンの磁気特性から導き出される尺度です。ミューオンは不安定であるため、科学者はミューオンが周囲に残す影響を研究しています。
ミューオンは、小さな内部磁石を持っているかのように機能します。強い磁場の中で、この磁石の方向は、こまの軸のようにぐらつきます。ミューオンがぐらつく速度は、測定された量であるgファクターによって表されます。この値は2に近いことがわかっているため、科学者は2からの偏差を測定します。したがって、g–2という名前が付けられています。
g-factorは、標準モデルを使用して正確に計算できます。 g–2実験では、科学者はそれを高精度の機器で測定しました。彼らはミューオンを生成し、大きな磁石で循環させました。ミューオンはまた、フェルミ研究所が説明したように、存在の内外に飛び出す亜原子粒子の量子泡と相互作用しました。これらの相互作用はgファクターの値に影響を与え、ミューオンがわずかに速くまたはわずかに遅くぐらつく原因になります。この偏差がどれだけになるか（これは異常磁気モーメントと呼ばれます）も、標準模型で計算できます。しかし、量子泡に標準模型で説明されていない追加の力や粒子が含まれている場合は、gファクターをさらに微調整します。
調査結果は何でしたか？
フェルミ研究所によると、結果は標準模型の予測とは異なるものの、ブルックヘブンの結果と強く一致しているという。
ミューオンの受け入れられる理論値は次のとおりです。
gファクター： 2.00233183620
異常磁気モーメント： 0.00116591810
水曜日に発表された新しい実験結果（ブルックヘブンとフェルミラボの結果を組み合わせたもの）は次のとおりです。
gファクター： 2.00233184122
異常磁気モーメント： 0.00116592061。
これは何を意味するのでしょうか？
ブルックヘブン、そして現在はフェルミラボからの結果は、ミューオンと磁場の間に未知の相互作用、つまり新しい粒子や力が関与する可能性のある相互作用の存在を示唆しています。しかし、それは新しい物理学への道を開く最後の言葉ではありません。
発見を主張するために、科学者は標準モデルから5標準偏差だけ逸脱する結果を必要とします。 FermilabとBrookhavenの合計結果は、4.2標準偏差で発散します。これは十分ではないかもしれませんが、まぐれである可能性は非常に低いです。その可能性は約40,000分の1であると、同じく米国エネルギー省の下にあるアルゴンヌ国立研究所はプレスリリースで述べています。
ケンタッキー大学の物理学者であり、ミューオンg-2実験のシミュレーションマネージャーであるレニー・ファテミ氏は、フェルミ研究所が発表した声明の中で、ミューオンが私たちの最良の理論にないものに敏感であることを示す強力な証拠です。
友達と共有してください:
