Muon g-2实验的第一个结果加强了新物理学的证据

美国能源部费米国家加速器实验室Muon g-2实验的第一个结果显示,被称为Muon的基本粒子的行为方式是科学家迄今为止的最佳理论-粒子物理的标准模型所没有预测的。这一具有里程碑意义的结果发表在“物理评论信”上,证实了几十年来一直困扰研究人员的差异。

MUON偏离标准模型计算的有力证据可能暗示着令人兴奋的新物理学。本实验中的MUON充当进入亚原子世界的窗口,可以与尚未发现的粒子或力相互作用。

华盛顿大学物理学教授兼实验创始发言人大卫·赫佐格(David Hertzog)说:“这个实验有点像个侦探故事。“我们分析了Muon g-2在Fermilab就职的数据,发现仅靠标准模型无法解释我们发现的内容。可能还需要其他一些,可能超出标准模型。”

Muon g-2实验是伊利诺伊州Fermilab与来自七个国家35个机构的200多名科学家之间的国际合作。UW科学家一直是团队不可或缺的一部分,为实验构建敏感的仪器和传感器,并领导数据分析工作。除了Hertzog之外,大学现任教职员工和主要科学家还包括物理学研究教授Peter Kammel;西澳大学实验核物理与天体物理中心的研究工程师Erik Swanson或CENPA;研究科学家Jarek Kaspar;以及Alejandro Garcia,物理学教授。

Hertzog说:“如果没有与我们的博士后和研究生密切合作的CENPA技术人员的非凡奉献精神和专业知识,UW定制仪器将无法实现。”15>

muon的质量大约是其表亲电子的200倍。当宇宙射线撞击地球大气层时,它们自然发生。Fermilab的粒子加速器可以大量生产它们。像电子一样,MUON就像有一个微小的内部磁铁一样。在强磁场中,muon磁体的方向进动或“摆动”,非常类似于旋转顶部的轴线。内部磁体的强度决定了muon在外部磁场中处理的速率,并由称为g因子的数字描述。这个数字可以超高精度计算。

当Muon在Muon g-2磁体中循环时,它们还与进出存在的亚原子粒子的“量子泡沫”相互作用。与这些短寿命粒子的相互作用影响g因子的值,导致muons的进动稍微加速或减慢。标准模型可以高精度地预测这种所谓的“异常磁矩”的值应该是多少。但是,如果量子泡沫包含标准模型未考虑的附加力或粒子,则会进一步调整muon g因子。

当时在伊利诺伊大学的Hertzog是布鲁克海文国家实验室前身实验的主要科学家之一。这一努力于2001年结束,并暗示穆恩的行为与标准模型不一致。来自Fermilab的Muon g-2实验的新测量结果与Brookhaven发现的值非常一致,并且与理论上的差异与迄今为止最精确的测量结果不同。

muon公认的理论值为:

  • g因子:2.00233183620(86)
  • 异常磁矩:0.00116591810(43)

今天Muon g-2合作宣布的新实验世界平均结果是:

  • g因子:2.00233184122(82)
  • 异常磁矩:0.00116592061(41)

梳子来自Fermilab和Brookhaven的结果显示与理论预测的差异在4.2西格玛的显着性,略微害羞5西格玛-或5个标准偏差-科学家更喜欢作为发现的主张。但它仍然是新物理学的有力证据。结果出现统计波动的可能性约为40000分之一。

伯尔尼大学助理教授马丁·霍弗里希特(Martin Hoferichter)说:“这项来自Fermilab-Muon g-2实验第一次运行的结果可以说是过去几年粒子物理学最受期待的结果。预测标准模型值的理论合作。“近十年后,看到这项巨大的努力终于实现,非常棒。”

正在进行的Fermilab实验重复使用了Brookhaven实验的主要组成部分,Brookhaven实验是一种直径为50英尺的超导磁存储环。2013年,它通过陆海从长岛运送到芝加哥郊区3200英里,科学家们可以利用费米拉布的粒子加速器在美国产生最强烈的MUON束。在接下来的四年中,研究人员组装了实验;调谐和校准了一个非常均匀的磁场;开发了新技术,仪器和模拟;并对整个系统进行了**的测试。

Muon g-2实验将一束Muon发送到存储环中,在那里它们以接近光速的速度循环数千次。环上的探测器可以让科学家确定MUON“摆动”的速度。

费米拉布的许多传感器和探测器都是在UW建造的,例如在muon进入存储环时测量muon光束并检测muon衰减时产生的碲粒子的仪器。数十名科学家-包括教职员工,博士后研究人员,技术人员,研究生和本科生-曾致力于ass在UW上安装这些敏感仪器,然后在Fermilab安装并监控它们。

UW科学家也参与了Muon g-2合作的理论工作。

2015年至2019年,大学研究助理教授Hoferichter说:“新结果的前景引发了协调一致的理论努力,为我们的实验同事提供了一个稳健的,共识的标准模型预测。”。“如果超出标准模型的物理学潜伏在muon的异常磁矩中,未来的运行将激发进一步的改进,以得出结论性的陈述。”

在其运营的第一年,即2018年,Fermilab实验收集的数据超过了之前所有muon g因子实验的总和。Muon g-2合作现已完成分析第一次运行中超过80亿Muon的运动。西澳大学团队是这项工作的核心,迄今为止共有四篇博士论文。

实验第二次和第三次运行的数据分析正在进行中;第四次运行正在进行中,并计划进行第五次运行。结合所有五次运行的结果,将使科学家能够更精确地测量muon的“摆动”,从而更确定地揭示新物理学是否隐藏在量子泡沫中。

“到目前为止,我们已经分析了实验最终收集的数据的不到6%,”费米拉布科学家克里斯波利说,他是当前实验的共同发言人,也是伊利诺伊大学的主要研究生。在布鲁克黑文实验期间赫兹。“虽然这些最初的结果告诉我们,与标准模型有着有趣的区别,但我们将在未来几年学习更多。”

“凭借这些令人兴奋的结果,我们的团队,特别是我们的学生,热衷于努力推动剩余的数据分析和未来的数据采集,以实现我们的最终精确目标,”Kammel说。

资料来源:华盛顿大学

内容版权声明:除非注明,否则皆为网络转载文章。