Een 50-meter brede elektromagneet.Foto: Fermilab
Wetenschappers hebben niet overtuigend gespot geen nieuwe deeltjes te spreken omdat het Higgs-boson, en dat sommige mensen bang—zijn er een ton van andere natuurkunde puzzels nog, veel van die zou vereisen de aanwezigheid van een nieuw deeltje op te lossen. Maar onlangs zijn er een aantal prikkelende aanwijzingen van de nieuwe fysica, misschien een nieuw deeltje, dat veel wetenschappers zijn enthousiast over.
Er is een discrepantie tussen de theoretische en de experimentele berekeningen van de “muon magnetisch moment”, of hoe sterk het elektron is zwaarder neef gedraagt zich in een magnetisch veld. Een nieuwere wiskundige berekening gemaakt heeft de zaken nog interessanter, en sommige deeltjes fysici reikhalzend uit naar de nieuwe resultaten van een experiment in de Verenigde Staten.
Thomas Teubner, de auteur van de studie die is uitgevoerd voor de berekening en een natuurkunde-professor aan de Universiteit van Liverpool, vertelde Gizmodo dat dit een spannende tijd. Na een experiment bij Fermilab in Illinois is gepland voor de nieuwe gegevens over de muon magnetisch moment zo vroeg volgende jaar, die zal informeren fysici over de vraag of er vreemde, onbekende deeltjes die er zijn—of niet.
Deeltjes zijn het draaien van elektrische ladingen, die, door de fundamentele regels van de fysica, betekent dat ze ook kleine bar magneten. Hoeveel deze magneten twist in reactie op een magnetisch veld wordt genoemd hun magnetisch moment. Als je toe te voegen in de nieuwe ontwikkelingen van de quantum mechanica op de top van de basic quantum-minder berekening, er moet ook een beetje extra magnetisch moment.
Het magnetisch moment wordt onderzocht met een woning, genaamd de “g-factor”, die gelijk zou zijn aan twee, als het niet voor dat beetje extra quantum stuk. Daarom natuurkundigen zijn geïnteresseerd in de quantum naast, ze noemen dat de “g-2.” Wetenschappers zijn goed op de hoogte van het elektron g-2), omdat de waarde gemeten in experimenten overeenkomt met wat ze verwachten dat het op basis van theoretische berekeningen. Maar metingen en theorie niet eens voor de elektron zwaarder neef, is de muon.
De g-2 is spannend om te natuurkundigen omdat de wiskunde zegt iets over elk deeltje dat kan interageren met de muon—meer daarover hier. Dus, als de g-2 is uitgeschakeld, misschien is er nog een ontbrekende deeltje dat nog niet is opgenomen in dat bedrag.
Denk aan het op deze manier: U weet dat uw iPhone heeft een basis hoeveelheid opslagruimte in beslag genomen door de fabriek dingen. Dat is net zoiets als de “2” onderdeel van g-2. De resterende ruimte is het spul dat je op je iPhone, een som van de foto ‘ s, liedjes, video, contacten, en alles anders. Dat is de g-2. Maar als je kijkt naar de grootte van uw iPhone sync-map op de computer, en het is kleiner dan de hoeveelheid gegevens op uw iPhone, zegt het bedrijf, misschien zijn er wat foto ‘ s of liedjes vermist op de iPhone die niet op de computer. Op dezelfde manier, de echte wereld zou verbergen nieuwe, onverklaarbare deeltjes die we niet in onze theorieën.
Als u tot hier bent gekomen en begrijp het nog steeds niet, hier is een samenvatting: Wanneer wetenschappers proberen te meten met een aangeboren eigenschap van het muon in verband met hoe magnetisch is, de zogenaamde g-2, de nummer die ze krijgen verschilt door een merkbare hoeveelheid van hun voorspellingen. Wanneer een woning verschilt van de theoretische voorspellingen, het zou een teken van nieuwe deeltjes die we niet kunnen constateren, maar toch.
In de nieuwe studie, twee natuurkundigen uit het Verenigd Koninkrijk en één uit Japan uitgevoerd een andere wiskundige berekening van g-2 gebruik van de meest recente gegevens uit andere experimenten, waarbij wordt gekeken naar deeltjes zoals quarks, die juist door de sterke nucleaire kracht. Hun resultaten tonen aan dat de discrepantie tussen theorie en experiment is nog groter dan eerder berekend, volgens de papieren onlangs gepubliceerd in Physical Review D.
Dat is een positief teken voor het bestaan van nieuwe deeltjes.
Dit is de laatste in een reeks artikelen proberen te verfijnen en de theoretische waarde van g-2, zei Chris Polly, Fermilab natuurkundige werken op het Fermilab Muon g-2 experiment. Hij vertelde Gizmodo dat hij dacht dat het nieuwe papier van de auteurs werden “in het bijzonder ijverig” in hun verwerking van de gegevens in hun berekening. “Dit is een geweldig resultaat van hun specifieke groep,” zei hij. Nog steeds herinnerde hij ons eraan dat “er is ook een grote wereldwijde inspanning spanning ~100 andere mensen die werken op hun versies van deze analyse en/of andere aspecten van de theorie.”
In feite, het is een hele initiatief, is de Muon g-2 Theorie-Initiatief, als B. Lee Roberts, hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Boston, wijst in een Natuurkunde commentaar. En de nieuwe gegevens te komen kan het verfijnen van de g-2 waarde nog meer.
De volgende grote ontdekking in de deeltjesfysica kan slechts worden verstopt in deze esoterische berekening.
Maar het krijgen van een nauwkeurige meting vereist in wezen hetzelfde te doen over en weer, hetgeen resulteert in een onjuiste spreiding van de waarden. Die worden verspreid, of onzekerheid, van de experimentele muon g-2 verschilt niet van de theorie met een vijf-sigma statistische significantie, maar toch. Vijf sigma is de gouden standaard nodig om aan te kondigen een ontdekking, dat het onwaarschijnlijk wetenschappers zijn het meten van de g-2 waarde die zij gevonden hebben als er geen nieuwe deeltjes. Vijf sigma betekent dat de meting is uitgevoerd zo vaak, en de afwijking is zo groot, dat het bijna onmogelijk om het verschil te wijten is aan toeval of door het niet nemen van voldoende gegevens.
“De bal ligt nu duidelijk in de experimentelen’ hof te maken van een druk op de experimentele resultaat, ‘ Polly zei. Fermilab blijft tot het nemen van gegevens, en het zal misschien twee jaar of meer voordat ze onthullen hun eigen resultaten. Maar als de experimentele waarde niet verandert met meer gegevens, dit “zou resulteren in een 7.0 sigma verschil met de theoretische voorspelling,” zei hij.
Veel deeltjes fysici zijn nogal opgewonden over deze g-2 meting. Als er geen nieuwe deeltjes, deze meting kan helpen wetenschappers vinden, en misschien helpt nader in op de manier waarop het universum werkt op het diepste niveau.
[PRD via Natuurkunde]