Muon G-2: uno studio storico che sfida il regolamento della fisica delle particelle

Gli scienziati affermano che i risultati appena pubblicati di un esperimento internazionale indicano la possibilità di una nuova fisica che governa le leggi della natura. Risultati dell’esperimento studiato Una particella subatomica chiamata muone, Non corrisponde alle previsioni del Modello Standard, su cui si basa tutta la fisica delle particelle, e ribadisce invece la discrepanza che è stata scoperta in un esperimento 20 anni fa. In altre parole, la fisica come la conosciamo da sola non può spiegare i risultati misurati. Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Letters.

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Qual è il modulo standard?

Il Modello Standard è una teoria rigorosa che prevede il comportamento dei mattoni dell’universo. Definisce le regole per sei tipi di quark, sei leptoni, il bosone di Higgs e tre forze fondamentali e come si comportano le particelle subatomiche sotto l’influenza delle forze elettromagnetiche.

Il muone è uno dei leptoni. È simile all’elettrone, ma è 200 volte più grande e molto più instabile, vive per una frazione di secondo. L’esperimento, denominato Muon g-2 (g meno 2), è stato condotto presso il Fermi National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (Fermilab).

Di cosa è stata questa esperienza?

Ha misurato una quantità relativa ai muoni, dopo un precedente esperimento al Brookhaven National Laboratory, sotto la supervisione del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. L’esperimento di Brookhaven nel 2001 si è concluso con risultati che non corrispondevano alle aspettative del modello standard.

L’esperimento Muon g-2 lo ha misurato in modo più preciso. Ha cercato di vedere se la discrepanza sarebbe persistita o se i nuovi risultati sarebbero stati più vicini alle aspettative. A quanto pare, c’era di nuovo una discrepanza, anche se minore.

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Quale quantità è stata misurata?

Si chiama fattore g ed è una misura derivata dalle proprietà magnetiche dei muoni. Poiché i muoni sono instabili, gli scienziati stanno studiando l’effetto che lascia dietro di sé sull’ambiente circostante.

I muoni si comportano come se avessero un piccolo magnete interno. In un forte campo magnetico, la direzione di questo magnete “oscilla”, proprio come l’asse di una trottola. La velocità con cui l’oscillazione del muone è descritta dal fattore g, la quantità misurata. Questo valore è noto per essere vicino a 2, quindi gli scienziati misurano una deviazione da 2. da cui il nome g – 2.

Il fattore g può essere calcolato con precisione utilizzando il modello standard. Nell’esperimento g-2, gli scienziati lo hanno misurato con strumenti ad alta precisione. Hanno generato muoni e li hanno tenuti a ruotare in un grande magnete. I muoni hanno anche interagito con una “schiuma quantistica” di particelle subatomiche “emergenti e scomparse”, come descritto dal Fermilab. Queste interazioni influenzano il valore del fattore g, facendo vibrare i muoni leggermente più velocemente o leggermente più lentamente. L’entità di questa deflessione (questo è chiamato momento magnetico anomalo) può anche essere calcolata utilizzando il modello standard. Ma se la schiuma quantistica contenesse forze o particelle aggiuntive di cui il Modello Standard non ha tenuto conto, ciò modificherebbe ulteriormente il fattore g.

Quali sono stati i risultati?

Fermilab ha detto che i risultati, sebbene diversi dalle previsioni del Modello Standard, sono in forte accordo con quelli di Brookhaven.

I valori teorici accettati per i muoni sono:
Il fattore g: 2.00233183620
Momento magnetico anomalo: 0.00116591810

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I nuovi risultati sperimentali (combinati dai risultati di Brookhaven e Fermilab) annunciati mercoledì sono:
Il fattore g: 2.00233184122
Momento magnetico anomalo: 0.00116592061.

Cosa significa questo?

I risultati di Brookhaven, e ora il Fermilab, indicano che ci sono interazioni sconosciute tra il muone e il campo magnetico, interazioni che potrebbero coinvolgere nuove particelle o forze. Tuttavia, non è l’ultima parola per aprire la strada alla nuova fisica.

Per richiedere una scoperta, gli scienziati richiedono risultati che differiscono dal modello standard di 5 deviazioni standard. I risultati aggregati di Fermilab e Brookhaven divergono di 4,2 deviazioni standard. Anche se questo potrebbe non essere sufficiente, è improbabile che sia una coincidenza: questa opportunità è di circa 1 su 40.000, ha affermato in un comunicato stampa l’Argonne National Laboratory, affiliato al Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.

“Questa è una forte prova che il muone è sensibile a qualcosa che non rientra nelle nostre migliori teorie”, ha detto Renee Fatimi, fisica dell’Università del Kentucky e direttrice della simulazione per l’esperimento Muon g-2, in una dichiarazione del Fermilab. .

Giustina Rizzo

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