Мюоны повели себя вразрез с предсказаниями Стандартной модели

Национальная ускорительная лаборатория им. Энрико Ферми в США представила первые результаты масштабного эксперимента Muon g-2 по измерению аномального магнитного момента мюона. Для эксперимента также использовались данные, полученные на новосибирском коллайдере ВЭПП-2000. Ученые предполагают, что лучшая теоретическая модель субатомного мира — Стандартная модель — может оказаться неполной. Результаты опубликованы в Physical Review Letters.

Мюон — это точечная частица, у нее нет внутренней структуры. Существует «легкий» аналог мюона — электрон, и «тяжелый» аналог — тау-лептон. Чем тяжелее исходная частица, тем она чувствительней к влиянию различных частиц и сил, поэтому интерес для ученых представляют частицы больших масс. Магнитный момент — это свойство элементарной частицы, которое можно измерить. Аномальный магнитный момент — небольшое отклонение магнитного момента частицы от «стандартной» величины, которое возникает при ее взаимодействии с частицами и полями. Величина аномального магнитного момента собирает вместе эффект от всех частиц, которые существуют в природе.

«Сегодня процессы, которые происходят в физике элементарных частиц, хорошо объясняются Стандартной моделью. Это теория, которая успешно объединила основные виды взаимодействия, существующие в нашем мире, — электромагнитные, слабые и сильные. Стандартная модель существует около 50 лет в современном ее виде, и большинство экспериментальных явлений или наших наблюдений во Вселенной прекрасно ею описываются. Одним из немногочисленных исключений стал эксперимент по измерению аномального магнитного момента мюона», — объяснил важность изучения проблемы аномального магнитного момента мюона главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН Семен Эйдельман

Ученые выявили разницу на 4,2 стандартных отклонения между экспериментальным и теоретическим значением аномального магнитного момента мюона. Полученные результаты указывают на то, что мюоны ведут себя не так, как это предсказывает Стандартная модель, и подтверждают результаты эксперимента, проведенного в Брукхейвенской национальной лаборатории около 20 лет назад. Вместе они свидетельствуют о том, что Стандартная модель может оказаться неполной. Одно из возможных объяснений — существование неоткрытых частиц или сил.

Эйдельман уточнил, что эксперименты, нацеленные на эти задачи, ведутся в ИЯФ СО РАН на коллайдере ВЭПП-2000 с 2010 года. С помощью коллайдера изучается вклад в аномальный магнитный момент мюона сильных взаимодействий.

«Этот параметр пока не удается вычислить, основываясь на чистой теории, он определяется непрямым способом. Для этого необходимо измерить вероятность рождения сильновзаимодействующих частиц — адронов, и с помощью этих данных можно теоретически вычислить вклад сильных взаимодействий в аномальный магнитный момент мюона. Наиболее важны измерения в области энергий до 2 ГэВ, именно они определяют точность теоретического расчета. Коллайдер ВЭПП-2000 работает как раз в этом диапазоне энергий и на сегодняшний день это лучшая установка в мире, на которой можно получить такие данные», — отметил один из исследователей, заместитель директора по научной работе ИЯФ СО РАН, заведующий кафедрой физики элементарных частиц физического факультета НГУ Иван Логашенко.