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粒子和互动

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Muon的理论缺陷磁力由新实验确认

07 Apr 2021
 muon g-2戒指
新家:MUON G-2环坐在FERMILAB的探测器大厅里,在那里它研究了MUONS的动力。 (礼貌:Reidar Hahn / Fermilab)

在μ子的预测和测量值之间存在长期差异’S磁矩已经通过美国Fermilab在Fermilab的实验中进行了新的测量来证实。 200-Extrent Muon G-2协作发布了一项与二十年前收集的数据一致,在布鲁克海彭国家实验室中同名的实验,也在美国。这会推动实验值之间的差异,并通过粒子物理标准模型预测到4.2σ预测,这表明物理学家可能接近发现新的基本力量或粒子。

如同较轻和更长的表兄弟,μ子,由于其固有的角动量或旋转,具有磁矩。根据基本量子理论,一定数量称为“g-因素”将磁矩与旋转链接应该等于2。由于短寿命虚拟粒子的影响增加,因此增加了更高的理论。 g 约0.1%。这是一个小差异 - 表达为“anomalous g-因素”, a = (g - 2)/ 2 - 这是感兴趣的,因为它对已知和未知的虚拟粒子敏感。

1997 - 2001年,布鲁克海文协作使用15 M-直径的储存环测量了该量,该数量适用于超导磁铁,提供垂直的1.45 T磁场。研究人员用它们的旋转偏振,使得μs注入环中,使得最初是与颗粒对齐的旋转轴’向前方向。然后,定位在环周围的探测器测量由MuON衰变产生的正弦的能量和方向。

旋转意识

没有异常的时刻,磁场会导致μ子旋转到生效,使得它们的轴线仍然沿着μs连续对齐’旅行方向。但异常导致略微超过μ子的进气速度’轨道运动使得每个29绕环绕环旋转旋转旋转约30个完全旋转。因为当旋转在向前方向上对准时,正弦平均有更多的能量,所以探测器登记的最能量正向的强度在约14.5转的大约14.5转动后循环地循环到最小值,然后恢复最大。这是这种频率 - 每秒这种周期的数量 - 揭示了精确值 a.

当Brookhaven合作宣布2006年的最终结果时,它报告了一个值 a = 0.00116592080和百万件0.54份(PPM)的误差–将其与理论的赔率达到2.2-2.7σ。随后差异随着理论家提炼标准模型预测,使其目前占据了3.7σ。最新的测量仍然进一步扩展了视差。

最近的测量是使用相同的存储环,如前所述 - 700吨设备于2013年,从纽约市附近的布鲁克海汶到5000公里(通过土地,海洋和河流)运输到芝加哥郊区的Fermilab。但是,虽然装置的核心保持不变,但它产生的磁场的均匀性已经增加了2.5的最传真机和饲料的μ子梁的均匀性和更强烈的。

避免人类偏见

到目前为止,FERMILAB的国际合作分析了2018年进行的一个实验运行的结果。它已经达到了巨大的长度来试图避免任何人类偏见来源,甚至故意脱矛盾的实验时钟掩盖muOns.’真正的预算率直到集团’分析完成。

描述其结果 物理评论信以及其他三个期刊中的更多技术细节,协作报告了一个新的价值 a 0.00116592040和0.46ppm的不确定性。在自己的情况下,这是3.3σ从标准模型的当前值高于,略低于Brookhaven结果,但与它一致。在一起,两种实验室的结果产生了0.00116592061的加权平均值,不确定为0.35ppm,并且与理论偏差 - 由于较小的误差栏 - 4.2σ。这仍然是5σ的缺点,因为物理学家通常考虑发现的阈值。

Tamaki Yoshioka. 他说,日本九州大学在日本的“真正令人兴奋的结果”中称赞Fermilab Muon G-2,表明了超出标准模型的物理学的可能性。但他认为,由于两个实验室的实验使用相同的μON储存环,因此仍然是完全排除系统错误的仍然太早。他维持这一点,提出了在Tokai的日本质子加速器研究复合体建设中的竞争对手G-2实验的重要性。预计将于2025年在线上网,该实验将具有相当不同的系统错误来源。

替代理论

实际上,如果一群由布达佩斯 - 马赛 - 伍珀塔尔合作的名称进行了正确的理论,那么实验与理论之间可能没有差异。在一个 新研究 自然 ,它显示了格子 - QCD模拟如何提高已知虚拟援引的贡献,以便μ的预测值’S异常时刻更接近实验性的时刻。协作成员 Zoltan FODOR. 美国宾夕法尼亚州立大学在美国说,本集团之间的差距’■计算和新组合的实验结果仅适用于1.6σ。

Fermilab协作继续收集数据并计划从至少四次运行中释放结果。它说,那些将受益于实验室和更居中束的更稳定的温度。“这些变化包括在其他人中,” it writes, “将在未来出版物中导致更高的精确度。”

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者