Физики измерили вероятность рождения пары пионов в результате столкновения пучков электронов и позитронов. Эксперимент был проведен с использованием детектора КМД-3 на коллайдере ВЭПП-2000 в ходе почти семилетней серии экспериментов.
Специалисты получили удивительный результат — вероятность равна 32,8 пикобарн. Это значение на 25% выше, чем предыдущий рекорд, достигнутый в ходе аналогичных исследований другими учеными на других коллайдерах в разных странах за последние 60 лет.
Рождение пары пионов на детекторе КМД-3 коллайдера ВЭПП-2000
Такой результат озадачил ученых, поскольку вероятность рождения пары пионов является важным фактором при расчете вклада в аномальный магнитный момент мюона (АМММ). АМММ отражает силу взаимодействия частицы с магнитным полем и возникает в результате взаимодействия ее с виртуальными короткоживущими частицами.
Мы не понимаем, почему у нас получился результат, отличающийся от всех предыдущих. Мы уверены в нашем результате, было сделано огромное количество проверок. По моему убеждению, анализ данных, который мы провели, был наиболее тщательный среди всех, которые были сделаны раньше. Это не удивительно ― мы учились на опыте других, в том числе. Но и прошлые измерения проводили очень серьезные научные группы. Предстоит еще понять, что отличает наши измерения от всех остальных
― заместитель директора ИЯФ СО РАН по научной работе доктор физико-математических наук Иван Логашенко.
Величина АМММ предсказывается теорией, называемой Стандартной моделью, которая описывает физику микромира. Недавние эксперименты по измерению АМММ показали, что результаты отличаются от тех значений, которые предсказывает Стандартная модель. Такое расхождение указывает на существование явлений (частиц и сил), которые не описываются данной теорией.
В этом контексте результат эксперимента, проведенного в ИЯФ СО РАН, становится особенно интересным. Полученное значение вероятности рождения пары пионов сокращает различия экспериментальных и теоретических значений АМММ примерно в два раза.
Специалисты ИЯФ СО ран отмечают, что это обнаружение может оказаться крайне важным в изучении тех явлений макромира, которые будут доказаны в процессе проведения новых исследований.
Что такое мюон и какие задачи он решает
Мюон — это заряженная элементарная частица, которая относится к лептонам, а точнее к лептонам второго поколения. Атомы и ядра, которые мы видим в мире вокруг, состоят из электронов, протонов и нейтронов. В то время как электроны являются частичками с наименьшей массой, мюоны могут считаться тяжелыми частицами.
Мюон не только гораздо тяжелее, но и дольше живет, чем электрон, что делает его удобной для измерения. Взаимодействие мюона с магнитным полем вызывает изменение направления движения частицы, что позволяет ученым измерять величину АМММ. АМММ характеризует силу взаимодействия между мюоном и магнитным полем, и его значение возникает благодаря взаимодействию мюона с виртуальными частицами, которые существуют в квантовой системе. Как утверждается в Стандартной модели, АМММ можно точно рассчитать и предсказать. Оно должно быть равно 0.00116591810 093 (6).
Аномальный магнитный момент мюона имеет большое значение в изучении микромира. Он помогает при измерении актуальных значений сил, вовлеченных во взаимодействия элементарных частиц с гигантскими силами, полными тайн, которые связаны с основами физики и сложными проблемами в создании нового материала и технологий. Именно изучение величины АМММ может помочь исследовать и открыть новые измерения макромира.
Результаты исследований
Авторы провели серию экспериментов, и результат, равный 32.8 пикобарн, получен в каждом из них. После проведения серии экспериментов, авторы опубликовали свои результаты, которые наглядно показывают уравнение, связывающее вероятность рождения пионов и вклад в аномальный магнитный момент мюона (АМММ).
Необходимо отметить, что шокирующие результаты, представленные в статье, не являются окончательными. На данный момент у ученых нет определенного ответа на вопрос о том, объясняют ли все эти отклонения от Стандартной модели Новую физику или связаны с техническими ошибками, произошедшими в других экспериментах.
Мы проверили все, что могли проверить, и уверены в своем результате, хотя и понимаем, что всегда есть место ошибке. Мы ждем уточняющих данных со второго детектора коллайдера ВЭПП-2000, СНД. Дальнейший этап — всесторонняя проверка нашего результата мировым научным сообществом. Если он подтвердится, разница между измеренным и предсказанным теорией АМММ сократится. Это не означает, что Новой физики нет, но это означает, что она должна проявляться при больших энергиях. Новые частицы могут существовать, но их масса такая большая, что мы их пока не видим даже на Большом адронном коллайдере
— Иван Логашенко.
Тем не менее новые исследования могут привести к усовершенствованию традиционных моделей, представленных в Стандартной модели, и помочь сформировать новую теорию, которая в настоящий момент находится на стадии разработки на основе многих экспериментов по всему миру.
