Мюон разочаровал физиков: загадочный эффект оказался банальным

Физики из американского центра Fermilab завершили многолетнее исследование, которое должно было либо потрясти основы современной науки, либо подтвердить устоявшиеся теории. Эксперимент, получивший название Muon g-2, с самого начала вызывал огромный интерес у научного сообщества, ведь речь шла о проверке одного из самых чувствительных тестов Стандартной модели физики элементарных частиц — измерении магнитного момента мюона. Этот показатель, чуть больше двух, вызывает споры уже более двух десятилетий, и многие надеялись, что новые данные позволят выйти за рамки привычной теории.

Мюон — элементарная частица, которая напоминает электрон, но примерно в 207 раз тяжелее. Из-за своей массы он становится особенно восприимчивым к воздействию так называемых виртуальных частиц, предсказанных квантовой теорией. Эти частицы не существуют в привычном смысле, но могут на мгновения возникать в вакууме и влиять на движение мюона в магнитном поле. Если бы измерения показали, что этот эффект отклоняется от предсказаний, ученые могли бы заподозрить существование новых, еще неизвестных сил природы.

Ожидания были велики. Ранее в экспериментах уже появлялись намеки на расхождение между теорией и практикой, и в научной среде начали строиться смелые гипотезы: от темных фотонов до суперсимметричных частиц. Однако новый анализ данных, собранных за шесть лет работы ускорителя в Fermilab, поставил точку в этих спорах. Результаты оказались поразительно близки к расчетам, выполненным в рамках Стандартной модели. Отклонение от идеального значения составило 0,001165920705, а теоретическое предсказание — 0,00116592033. Разница между ними столь ничтожна, что, по словам специалистов, если бы с такой точностью измеряли ширину США, можно было бы заметить отсутствие даже одной песчинки.

Физик Регина Рамеика из Министерства энергетики США назвала результат впечатляющим и отметила, что завершение эксперимента с такой степенью точности стало важным достижением в истории фундаментальной физики. Несмотря на отсутствие сенсации, ученые подчеркивают: сам факт того, что Стандартная модель снова устояла под натиском высокоточных измерений, укрепляет её статус как самой точной теории, описывающей известные элементарные частицы.

При этом само поведение мюона в магнитном поле продолжает восхищать своей сложностью. Вместо того чтобы просто вращаться, его ось немного качается — как у волчка. Именно это "качание" и стало объектом столь тщательных измерений. Чем точнее удается зафиксировать это поведение, тем выше шансы увидеть возможные намеки на существование чего-то нового. Пока таких намеков не обнаружено, но интерес к мюону не угасает: он остается важнейшим инструментом для исследования границ современной физики.

Исследование направлено для публикации в авторитетном журнале Physical Review Letters и уже доступно на сервере препринтов arXiv. Ученые отмечают, что, несмотря на подтверждение Стандартной модели, это не конец поисков. Загадки, такие как природа темной материи и гравитации, по-прежнему остаются за пределами нынешнего понимания. Так что следующий поворот в истории физики может произойти в любом из будущих экспериментов — возможно, снова при участии мюона.