En 50-fods-bred elektromagnet.Foto: Fermilab
Forskerne har ikke endegyldigt spottet nye partikler, da Higgs-partiklen, og det har fået nogle bekymrede mennesker—der er et væld af andre fysik gåder tilbage, som mange ville kræve tilstedeværelsen af en ny partikel, der skal løses. Men for nylig har der været nogle vage spor af den nye fysik, måske en ny partikel, er, at mange forskere er begejstrede.
Der er en uoverensstemmelse mellem de teoretiske og eksperimentelle beregninger af den “muon magnetiske moment,” eller hvor kraftigt elektron-fætter tungere opfører sig i et magnetisk felt. En nyere matematisk beregning, har gjort tingene endnu mere interessant, og nogle partikel fysikere er spændt på de nye resultater fra et eksperiment, her i de Forenede Stater.
Thomas Teubner, den undersøgelse forfatter der udført en beregning og en fysik lektor ved University of Liverpool, fortalte Gizmodo, at det er en spændende tid. Efter alt, er et forsøg på Fermilab i Illinois, er dømt til at frigive nye data om muon magnetiske moment så tidligt som næste år, som vil informere fysikere om, hvorvidt der er mærkelige, uopdagede partikler derude—eller ikke.
Partikler er spinning elektriske ladninger, som ved de grundlæggende regler for fysik, betyder, at de er også en lille bar magneter. Hvor meget disse magneter twist i reaktion på et magnetfelt kaldes deres magnetiske moment. Hvis du tilføjer i nye fremskridt af kvantemekanik på toppen af den grundlæggende quantum-mindre beregning, der skal også være lidt ekstra magnetiske moment.
Det magnetiske moment er undersøgt med en egenskab, der kaldes “g-faktor”, som ville svare til to, hvis ikke for det lille ekstra, quantum stykke. Derfor, fysikere er interesseret i quantum over, som de kalder “g-2.” Forskere er godt bekendt med elektron-g-2, da den værdi, der måles i eksperimenter, der nøje svarer til, hvad de forventer, at det er baseret på teoretiske beregninger. Men målinger og teori er uenige om elektronen er tungere, fætter, muon.
G-2 er spændende at fysikere, fordi dens matematik siger noget om hver partikel, der kan interagere med muon—mere om dette her. Så, hvis g-2 er slukket, måske er der nogle mangler partikel, der ikke er medregnet i dette beløb.
Tænk på det på denne måde: Du ved, at din iPhone har nogle base mængde lagerplads, der optages af fabrikken ting. Der er ligesom “2” er en del af g-2. De resterende rum er der ting, du sætter på din iPhone, en sum af fotos, musik, video, kontakter og alt andet. Det er den g-2. Men hvis du kan se størrelsen af din iPhone sync mappe på computeren, og det er mindre end mængden af data på din iPhone siger, at det holder, måske der er nogle af fotos eller sange forsvundet på iPhone, der ikke er på computeren. På samme måde, som den virkelige verden kan skjule sig nye, uforklarlige partikler, som vi ikke har i vores teorier.
Hvis du har fået så langt og stadig ikke forstår det, her er en oversigt: Når forskere forsøger at måle en medfødt egenskab af muon er relateret til, hvordan magnetiske det, der kaldes g-2, det nummer, de får adskiller sig ved en mærkbar beløb fra deres forudsigelser. Når en ejendom, der adskiller sig fra de teoretiske forudsigelser, det kunne være et tegn på nye partikler, vi ikke har været i stand til at opdage endnu.
I den nye undersøgelse, to fysikere fra det Forenede Kongerige og en fra Japan, der udføres anden matematisk beregning af g-2 hjælp af de nyeste data fra andre forsøg, der kiggede på partikler som kvarker, der interagerer gennem den stærke kernekraft. Deres resultater viser, at der er uoverensstemmelse mellem teori og eksperiment er endnu større end tidligere beregnet, ifølge den rapport, der blev offentliggjort for nylig i Physical Review D.
Det er et positivt tegn for eksistensen af nye partikler.
Dette er den seneste i en serie af papirer, der forsøger at nuancere den teoretiske værdi af g-2, sagde Chris Polly, Fermilab fysiker, der arbejder på Fermilab Muon g-2 eksperiment. Han fortalte Gizmodo, at han troede, den nye papir forfattere var “særlig omhyggelig” i deres håndtering af data i beregningen. “Dette er et fantastisk resultat fra deres bestemt gruppe,” sagde han. Stadig, han mindede os om, at “der er også en stor verdensomspændende indsats spænder ~100 andre mennesker, at arbejde på deres versioner af denne analyse og/eller andre aspekter af teorien.”
I virkeligheden, det er en hel initiativ, Muon g-2 Teori Initiativ, som B. Lee Roberts, en professor i fysik ved Boston University, påpeger i en Fysik kommentar. Og nyere data, for at kunne komme forfine g-2 værdi endnu mere.
Den næste store opdagelse i partikel fysik bare kan skjule sig i dette esoteriske beregning.
Men at få en præcis måling kræver det væsentlige gjort de samme ting igen og igen, hvilket resulterer i en upræcis spredning af værdier. Der breder sig, eller usikkerhed, fra den eksperimentelle muon g-2 adskiller sig ikke fra teori med en fem-sigma statistisk signifikans, men alligevel. Fem sigma er gold standard, der kræves for at annoncere en opdagelse, der repræsenterer, hvor usandsynligt forskerne til at måle g-2 værdi, de findes, hvis der ikke var nogen nye partikler. Fem sigma betyder, at målingen er blevet udført så mange gange, og afvigelsen er så stor, at det er næste umuligt for den forskel at skyldes en tilfældighed eller ved ikke at tage tilstrækkeligt med data.
“Bolden er nu klart i den eksperimenter’ retten til at foretage et tryk på den eksperimentelle resultat,” Polly sagde. Fermilab fortsætter med at tage data, og det vil måske være to eller flere år, før de afslører deres egne resultater. Men hvis den eksperimentelle værdi ikke ændres med mere data, dette “ville resultere i en 7.0 sigma uoverensstemmelse med den teoretiske forudsigelse,” sagde han.
Mange partikel fysikere er temmelig spændt på om denne g-2 måling. Hvis der er eventuelle nye partikler, denne måling kan hjælpe forskerne med at finde det, og måske hjælpe med yderligere at forklare, hvordan universet fungerer på sit dybeste niveau.
[NOBJ via Fysik]