Para ilmuwan yang bekerja pada percobaan Muon G-2, yang dilakukan di Fermilab yang berbasis di AS dan melibatkan para peneliti dari UCL, telah mengeluarkan pengukuran ketiga dan terakhir dari anomali magnetik partikel subatomik, yang menarik data tiga tahun.
Pengukuran ini sesuai dengan hasil eksperimen sebelumnya, tetapi tidak seperti hasil sebelumnya, tidak dipandang bertentangan dengan model fisika standar, model materi terbaik yang kami miliki, karena prediksi teoritis baru yang mengurangi perbedaan antara hasil dan teori eksperimen.
Namun, nilai yang telah lama ditunggu-tunggu akan menjadi pengukuran anomali magnetik Muon yang paling tepat di dunia selama bertahun-tahun yang akan datang.
Dr Rebecca Chislett, yang berbasis di Departemen Fisika & Astronomi UCL, yang memimpin membangun dan menjalankan sistem akuisisi data untuk percobaan, mengatakan: “Hasil ini adalah pencapaian yang luar biasa karena melampaui ketepatan percobaan yang ingin dicapai – sesuatu yang sangat sulit dilakukan dan melibatkan kerja keras dari banyak orang yang berbeda di berbagai ahli.
“Nilai itu sendiri adalah tes ketat dari teori terbaik kita, model standar, dan memiliki sejarah yang kaya untuk memajukan pemahaman kita tentang dunia di sekitar kita. Kami menantikan pembaruan di masa depan dari rekan -rekan teoritis kami untuk membandingkan dengan hasil eksperimen yang luar biasa ini.”
Professor Gavin Hesketh, based at UCL's Department of Physics & Astronomy and the g-2 lead at UCL, said: “This result is hugely exciting – the most precise measurement ever made with a particle accelerator! Based on previous results it looked like we had uncovered a problem in the Standard Model, which would have been a major discovery, but this sparked a huge amount of work on the theory prediction, and the latest calculation now seems to agree with our measurement.
“Jadi, mungkin belum akhir dari model standar, tetapi pengukuran ini masih merupakan landmark dalam fisika partikel, dan sebagai kata terakhir dari percobaan ini pada G-2, ini adalah hasil yang tidak akan dikalahkan selama bertahun-tahun yang akan datang. Pekerjaan yang diperlukan untuk mencapai tingkat ketepatan ini sangat mengejutkan, dan bukti bagi semua orang yang terlibat dengan eksperimen.” “” “” “” “” “” “” “” “” “” “”
Muon adalah partikel subatomik mendasar yang bermuatan listrik, mirip dengan elektron tetapi sekitar 200 kali lebih besar. Yang penting, muon juga magnetis, dan goyah saat mereka berputar di hadapan medan magnet yang kuat. Momen magnetik mereka menggambarkan seberapa kuat magnet yang melekat pada mereka, dan seberapa banyak medan magnet di sekitarnya menyebabkan partikel -partikel itu goyah, atau “presess.”
Untuk menguji momen magnetik partikel, para peneliti di Laboratorium Akselerator Nasional Fermi Departemen Energi AS menembakkan balok muon menjadi cincin penyimpanan magnetik superkonduktor berbentuk 15 meter, berbentuk donat. Ketika muon beredar di sekitar cincin dengan kecepatan cahaya, mereka berinteraksi dengan partikel subatomik lain yang berkedip masuk dan keluar dari keberadaan dan mengubah laju presesi mereka.
Kecepatan presesi dalam medan magnet tergantung pada sifat muon yang dijelaskan oleh angka yang disebut G-Factor. Fisikawan teoritis menghitung faktor-g berdasarkan pengetahuan saat ini tentang bagaimana alam semesta bekerja pada tingkat fundamental, yang terkandung dalam model standar fisika partikel.
Hampir 100 tahun yang lalu, nilai G diprediksi menjadi 2. Tetapi pengukuran eksperimental segera menunjukkan G sedikit berbeda dari 2 dengan kuantitas yang dikenal sebagai anomali magnetik muon.
Pengukuran sebelumnya yang dilakukan di Laboratorium Nasional Brookhaven pada akhir 1990 -an dan awal 2000 -an menunjukkan kemungkinan perbedaan dengan perhitungan teoretis pada waktu itu.
Ketika eksperimen tidak selaras dengan teori, itu bisa menunjukkan fisika baru. Secara khusus, fisikawan bertanya-tanya apakah perbedaan ini dapat disebabkan oleh partikel yang belum ditemukan yang menarik presesi muon.
Jadi fisikawan memutuskan untuk meningkatkan eksperimen Muon G-2 untuk melakukan pengukuran yang lebih tepat. Pada 2013, cincin penyimpanan magnetik Brookhaven diangkut dari Long Island, New York, ke Fermilab di Batavia, Illinois. Setelah bertahun-tahun peningkatan dan peningkatan yang signifikan, percobaan Fermilab Muon G-2 dimulai
Secara paralel, kolaborasi internasional para ahli teori membentuk inisiatif teori Muon G-2 untuk meningkatkan perhitungan teoretis. Pada tahun 2020, The Theory Initiative menerbitkan nilai model standar yang diperbarui dan lebih tepat berdasarkan teknik yang menggunakan data input dari percobaan lain.
Perbedaan dengan hasil dari teknik itu terus tumbuh pada tahun 2021 ketika Fermilab mengumumkan hasil eksperimen pertamanya, mengkonfirmasi hasil Brookhaven dengan presisi yang sedikit lebih baik. Pada saat yang sama, prediksi teoretis baru keluar berdasarkan teknik kedua yang sangat bergantung pada kekuatan komputasi. Jumlah baru ini lebih dekat dengan pengukuran eksperimental, mempersempit perbedaan.
Baru -baru ini, inisiatif teori menerbitkan prediksi baru yang menggabungkan hasil beberapa kelompok yang menggunakan teknik komputasi baru. Hasil ini tetap lebih dekat dengan pengukuran eksperimental, meredam kemungkinan fisika baru. Namun, upaya teoretis akan terus bekerja untuk memahami perbedaan antara pendekatan berbasis data dan komputasi.
Kolaborasi Muon G-2 menggambarkan hasil dalam makalah yang mereka kirimkan Surat Ulasan Fisik.
Eksperimen masa depan di kompleks penelitian akselerator proton Jepang kemungkinan akan melakukan pengukuran lain dari anomali magnetik muon pada awal 2030 -an, tetapi, pada awalnya, mereka tidak akan mencapai ketepatan yang sama dengan Fermilab.
Sementara itu, inisiatif teori akan terus bekerja untuk menyelesaikan ketidakkonsistenan antara dua prediksi teoritis mereka.
Kolaborasi Muon G-2 terdiri dari hampir 176 ilmuwan dari 34 institusi di tujuh negara.
Tidak seperti eksperimen fisika berenergi tinggi lainnya, Muon G-2 membutuhkan lebih dari sekadar fisikawan berenergi tinggi; Kolaborasi ini juga terdiri dari fisikawan akselerator, fisikawan atom dan fisikawan nuklir.
Sementara analisis utama eksperimen telah berakhir, ada lebih banyak yang harus ditambang dari enam tahun data Muon G-2. Di masa depan, kolaborasi ini akan menghasilkan pengukuran properti muon yang disebut momen dipol listrik serta tes properti mendasar dari undang-undang fisik yang dikenal sebagai muatan, paritas, dan simetri pembalikan waktu.
Eksperimen Muon G-2 didukung oleh Kantor Sains Departemen Energi AS di bawah kantor HEP, NP, dan ASCR (AS); Yayasan Sains Nasional (AS); Dewan Fasilitas Sains dan Teknologi (UK); Royal Society (UK); Istituto Nazionale di fisica nucleare (Italia); Horizon Uni Eropa 2020; National Science Science Foundation of China; MSIP, NRF dan IBS-R017-D1 (Republik Korea); Yayasan Penelitian Jerman (DFG); dan Leverhulme Trust (UK).
- University College London, Gower Street, London, WC1E 6BT (0) 20 7679 2000
Mark Greaves
M.Greaves [at] ucl.ac.uk
+44 (0) 20 3108 9485
