Anomalia mionu na ustach naukowców z całego świata
Właściwości mionu od dekad stanowiły jedno z najczulszych narzędzi do testowania fundamentalnych praw natury. Szczególnie istotna jest jego anomalia magnetyczna, czyli subtelna różnica między przewidywaną a rzeczywistą wartością jego momentu magnetycznego. To właśnie ona może zdradzić obecność nieznanych cząstek lub sił działających w tle rzeczywistości.
Czytaj też: Zagadkowa stała grawitacji na celowniku fizyków. Dowiedzieli się o niej czegoś nowego
Eksperymenty prowadzone w ostatnich latach, przede wszystkim w amerykańskim Fermilab, osiągnęły bezprecedensową precyzję pomiarów. Naukowcy analizowali zachowanie miliardów mionów krążących w potężnym pierścieniu magnetycznym, mierząc ich chwianie się w polu magnetycznym z dokładnością sięgającą 127 części na miliard. Taka precyzja pozwala porównywać wyniki eksperymentalne z teoretycznymi przewidywaniami na poziomie, który jeszcze dekadę temu był nieosiągalny.
Przez lata wydawało się, że istnieje wyraźna rozbieżność między teorią a eksperymentem. To właśnie ona rozpaliła wyobraźnię fizyków, sugerując możliwość istnienia nowej fizyki, czyli zjawisk wykraczających poza obowiązujący model standardowy, a więc najlepiej sprawdzoną teorię opisującą cząstki i oddziaływania we wszechświecie.
Model standardowy wciąż broni się przed “atakami” fizyków
Jednak najnowsze obliczenia teoretyczne, wykorzystujące zaawansowane symulacje komputerowe w ramach kratowej chromodynamiki kwantowej, zaczynają zmieniać ten obraz. Zespół badawczy z Niemiec wykazał, iż po uwzględnieniu bardziej złożonych efektów oddziaływań silnych wynik teoretyczny może być zgodny z eksperymentem. To oznacza, że długo poszukiwana “szczelina” w modelu standardowym może w rzeczywistości wynikać z niedokładności wcześniejszych obliczeń, a nie z istnienia nowych, nieznanych cząstek.
Nie oznacza to jednak końca zagadki. Wręcz przeciwnie: sytuacja stała się jeszcze bardziej złożona. Obecnie istnieją dwie konkurencyjne metody przewidywania wartości anomalii mionu: jedna oparta na danych eksperymentalnych, a druga na symulacjach komputerowych. Obie prowadzą do różnych wyników, natomiast naukowcy nie są jeszcze pewni, która z nich lepiej oddaje rzeczywistość.
Czytaj też: Fizycy z Warszawy „uwięzili” światło w strukturze 2000 razy cieńszej od ludzkiego włosa
Co więcej, sam eksperyment mionowy bada coś znacznie głębszego niż tylko właściwości pojedynczej cząstki. W rzeczywistości mion działa jak sonda zanurzona w kwantowej pianie, czyli nieustannie powstających i zanikających wirtualnych cząstkach. To właśnie te efemeryczne byty mogą wpływać na jego zachowanie, pozostawiając subtelny ślad w wynikach pomiarów. Jeśli istnieją nieznane cząstki, mogą one właśnie w ten sposób zdradzać swoją obecność. Dlatego fizycy podkreślają, iż mimo ogromnego postępu nie można jeszcze wyciągać ostatecznych wniosków. Z jednej strony najdokładniejsze pomiary w historii wzmacniają wiarygodność eksperymentów. Z drugiej – nowe modele teoretyczne pokazują, że model standardowy nadal może być kompletny, choć wymaga bardziej precyzyjnych obliczeń.
Źródło: Nature
