Model standardowy jest jedną z najważniejszych teorii współczesnej fizyki, determinującą zachowanie cząstek elementarnych, które są podstawowymi “cegiełkami” materii. Opisuje trzy z czterech oddziaływań podstawowych: silne, słabe i elektromagnetyczne (bez grawitacji). Odkrycie bozonu Higgsa w 2012 r. uznano za potwierdzenie słuszności tej koncepcji.
Czytaj też: Fizyka kwantowa – siedem faktów, które warto znać
Zespół fizyków z Uniwersytetu Harvarda i Uniwersytetu Northwestern znalazł najdokładniejszą jak dotąd wartość momentu magnetycznego dipolowego. Jest ona zgodna z przewidywaniami modelu standardowego. Szczegóły opisano w czasopiśmie Physical Review Letters.
Model standardowy to jedna z najważniejszych teorii współczesnej fizyki
Elektron to cząstka elementarna obdarzona masą, ale jednocześnie jest ładunkiem poruszającym się. Moment magnetyczny dipolowy (zwany także momentem magnetycznym elektronu) jest miarą siły pola magnetycznego przenoszonego przez tę cząstkę. Ze wszystkich zbadanych właściwości cząstek elementarnych, właśnie ta została zmierzona, a także zweryfikowana najdokładniej.
Teraz fizykom udało się zmierzyć moment magnetyczny elektronu z dokładnością dwukrotnie większą niż podczas jakiegokolwiek eksperymentu w ciągu ostatnich 14 lat. Nowy pomiar zgadza się z przewidywaniami modelu standardowego z dokładnością do ok. 1 części na bilion, czyli ok. 0,1 miliardowej części procenta.
Aby zmierzyć moment magnetyczny elektronu, dr Gerald Gabrielse z Uniwersytetu Northwestern przez kilka miesięcy badał pojedynczy elektron, zamykając go w pułapce magnetycznej i obserwując, jak reaguje na działanie mikrofal. W ten sposób określono moment magnetyczny elektronu na 0,13 części na bilion lub 0,0000000013 procenta. To oznacza, że pomiar jest wyjątkowo dokładny, a tym samym zgodny z obliczeniami wynikającymi z modelu standardowego.
Czytaj też: W LHC odkryto nowe egzotyczne cząstki elementarne
Nowy wynik jest ponad dwa razy precyzyjniejszy od poprzednich pomiarów sprzed 14 lat (których również dokonał zespół dr Gabrielse). Mógłby by być jeszcze dokładniejszy, gdyby nie pewne problemy z wartością liczby zwanej stałej struktury subtelnej (stałej Sommerfelda), która charakteryzuje siłę oddziaływań elektromagnetycznych. Bez niej nie da się określić momentu magnetycznego elektronu. Gdyby nie wspomniana niezgodność, test momentu magnetycznego elektronu byłby 10 razy precyzyjniejszy niż obecnie.
Model standardowy wytrzymywał przez dziesięciolecia napory przeciwników, ale nie jest idealny. Nie wyjaśnia bowiem wszystkich tajemniczych obserwacji, choćby ciemnej materii, która wywiera grawitacyjny wpływ na wszystkie obiekty we wszechświecie. Dlatego fizycy szukają sposobów, by model standardowy nie tyle obalić, co go uzupełnić. Kolejne – jeszcze dokładniejsze – pomiary momentu magnetycznego elektronu mogą w tym pomóc.
