Międzynarodowy zespół naukowców z grupy Muon g-2 właśnie po raz kolejny zmierzył moment magnetyczny mionu. Po raz kolejny także naukowcom udało się dokonać tego z niespotykaną dotąd precyzją.
Mówiąc o mionach, mówimy tutaj o tzw. ciężkich elektronach, które zasadniczo nie różnią się od elektronu niczym poza masą. Pomiaru dokonano w specjalnej komorze próżniowej w instytucie Fermilab w Stanach Zjednoczonych. Tamże miony zostały rozpędzone do prędkości bliskich prędkości światła, a następnie poddane oddziaływaniu pola magnetycznego niemal 30 000 razy silniejszego od tego, które chroni Ziemię przed promieniowaniem kosmicznym. W takich warunkach naukowcy zaobserwowali precesję mionów wywołaną oddziaływaniem ich własnego momentu magnetycznego.
Czytaj także: Przełom: miony to cząstka, która łamie prawa fizyki. Właśnie to potwierdzono
Naukowcy podkreślają, że na moment magnetyczny mionów wchodzący w interakcje z zewnętrznym polem magnetycznym wpływały tutaj także wirtualne cząstki w próżni. To jednak nie wszystko. Miony umieszczone w komorze poruszały się z prędkościami bliskimi prędkości światła po orbitach o promieniu ok. 3,55 metra. Pomiar momentu magnetycznego był na tyle precyzyjny, że porównując precesję z częstotliwością kolejnych okrążeń wewnątrz komory, naukowcom udało się odkryć i ustalić anomalny moment magnetyczny z dokładnością 0,2 części na milion.
Tutaj warto wspomnieć, że odkryte w 1937 roku miony są 207 razy masywniejsze od elektronu. Za wyjątkiem masy są one jednak z nim tożsame, mają między innymi ten sam ładunek elektryczny i spin. Pomiary momentu magnetycznego, czy to elektronu, czy mionu, czy też jeszcze masywniejszego od niego tau to jedno z największych osiągnięć nauki. Obecnie naukowcy znają moment magnetyczny elektronu z dokładnością do 11 cyfr znaczących.
Można tutaj zadać pytanie o korzyści płynące z takiego pomiaru, poza znajomością samej wartości. Naukowcy wskazują, że przy takim poziomie precyzji miony mogą pokazać nam wszelkie odchylenia od Modelu Standardowego. Gdyby takie odchylenia udało się zidentyfikować, oznaczałoby to, że wciąż czegoś brakuje w naszym fundamentalnym opisie rzeczywistości.
Czytaj także: Tak wygląda pole magnetyczne galaktyki NGC 4217. Leży 67 mln lat świetlnych od Ziemi
Miony są tutaj znacznie bardziej przydatne od elektronów. Ich anomalny moment magnetyczny jest bowiem trudniejszy do przewidzenia, bowiem wpływ na niego ma także oddziaływanie elektrosłabe, a więc bozony Higgsa oraz Z, ale także otaczające je hadrony, czyli protony, neutrony i mezony. Ze względu na swoją większą masę mion jest 43 000 razy bardziej wrażliwy na wszelkie nowe cząstki, które mogą pojawić się w fizyce poza Modelem Standardowym.
Pomimo że najnowsze pomiary znacząco poprawiają precyzję dostępnych danych, naukowcy przekonują, że wciąż nie są one wystarczająco precyzyjne, aby można było rozpocząć poszukiwania nowych cząstek. Nawet w przypadku elektronów, pewne wcześniejsze dane eksperymentalne są niezbędne do skorygowania teorii efektów hadronowych, a dwa eksperymenty dostępne dla tej korekty nie są ze sobą zgodne. Tak więc wysoka precyzja wartości momentu magnetycznego mionu jest również ograniczona. Nie zmienia to faktu, że wszystko zmierza w dobrym kierunku. Fizycy przekonują, że w ciągu najbliższych trzech lat precyzję pomiaru uda się poprawić o czynnik 2, a tym samym istotnie zbliżymy się do prawdziwego przełomu.