Hoy, la Colaboración Muon g-2 finalmente publicó el muy esperado primer resultado de su medición del momento magnético anómalo del muón, una cantidad de precisión que ofrece a los físicos uno de los medios más prometedores para probar las predicciones del Modelo Estándar real defísica de partículas. El valor medido, que es más preciso que todos los valores anteriores, refuerza la evidencia de la aparición de nueva física más allá del modelo estándar y, por lo tanto, de la existencia de partículas o fuerzas previamente desconocidas. El resultado se presentó en un seminario en línea enFermilab FNAL y publicado en cuatro artículos científicos.
"En 2014, comencé a trabajar en el experimento Muon g-2 como investigador postdoctoral en la Universidad de Washington, Seattle", dice el profesor Martin Fertl, quien ha estado realizando investigaciones en el campo de la física de partículas de baja energía enPRISMA + Cluster of Excellence desde 2019. "Es por eso que hoy es un día realmente especial. Ahora podemos anunciar un primer resultado, al tiempo que afirmamos que este resultado ha abierto aún más la puerta a una física previamente desconocida".
El nuevo valor experimental publicado hoy del momento magnético anómalo del muón es a FNAL = 116 592 040 54 x 10 ^ - 11, con una incertidumbre relativa de 460 partes en mil millones. Combinado con elComo resultado del experimento en el Laboratorio Nacional de Brookhaven completado hace más de 20 años, el nuevo valor medio experimental es a Exp., avg = 116 592 061 41 x 10 ^ - 11. Esto contrasta con el valor teórico predichoobtenido del modelo estándar de a Theor. = 116591810 43 x 10 ^ - 11. Los físicos clasifican la diferencia entre estos dos valores como 4.2 desviaciones estándar. En otras palabras, la probabilidad de que esta discrepancia entre el experimentoy la teoría se debe al azar es 0.0025 por ciento 1 en 40,000 Los físicos consideran que un descubrimiento - en este caso, la refutación del Modelo Estándar - se ha realizado cuando la probabilidad es menor que 0.00005 por ciento correspondiente a 5 desviaciones estándar.
Numerosas contribuciones de Mainz, tanto experimentales como teóricas
El grupo de trabajo PRISMA + de Martin Fertl es el único en Alemania que participa en la Colaboración Muon g-2 a título experimental. Las colaboraciones "count erpart" son la "Iniciativa Teoría Muon g-2", una asociación mundial de másde 130 físicos trabajando en la predicción teórica en el marco del Modelo Estándar. La iniciativa se estableció en 2017 como un medio de unir fuerzas para reducir significativamente la incertidumbre del valor predicho del momento magnético anómalo del muón ". Solo el año pasado, establecimos un estándar común por primera vez y acordamos un nuevo valor teórico en todo el mundo ", dice el profesor Hartmut Wittig, físico teórico y portavoz del PRISMA + Cluster of Excellence." Nuestro objetivo es, en paralelo con el experimento,para seguir refinando la predicción teórica también. "Los físicos de PRISMA + están haciendo contribuciones cruciales aquí, desde la medición de cantidades de entrada experimentales hasta el cálculo de alta precisiónn de las contribuciones de la interacción fuerte utilizando métodos de cromodinámica cuántica de celosía en la supercomputadora MOGON-II ubicada en Mainz.
¿El experimento está viendo algo no predicho por la teoría?
La primera vez que surgió una discrepancia, de 3.7 desviaciones estándar, fue cuando la predicción teórica se comparó con los hallazgos del experimento en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, mencionado anteriormente. En los 20 años transcurridos desde entonces, el objetivo de la investigación en todo el mundoha sido establecer si esta desviación es "real" o "simplemente" el resultado de incertidumbres sistemáticas en la teoría y el experimento. El experimento actual del Muon g-2 se desarrolló para medir las propiedades magnéticas del muón con mayor precisión que nunca. El Muong-2 La colaboración involucra a más de 200 científicos de 35 instituciones en siete países.
El muón es el hermano pesado del electrón y sobrevive sólo una millonésima de fracción de segundo. Posee un momento magnético, una especie de barra magnética interna en miniatura. También posee un momento angular de la mecánica cuántica, denominado espín,similar a una peonza. El factor g es la relación entre la fuerza observada del imán y una estimación simple basada en la carga eléctrica, la masa y el giro del muón. El nombre del experimento Muon g-2 se basa enel hecho de que la "g" del muón siempre se desvía ligeramente, en aproximadamente un 0,1 por ciento, de la simple predicción de que g = 2. Esta anomalía se conoce comúnmente como el momento magnético anómalo del muón a = g-2 / 2 .El experimento Muon g-2 mide la velocidad de giro de la "aguja de la brújula interna" de los muones en un campo magnético, así como el propio campo magnético, y a partir de esto puede determinar el momento magnético anómalo.El haz de muones se genera en el campus de muones de FNAL específicamente para el experimento: tiene unpureza que nunca antes se había logrado.
ya se han medido más de ocho mil millones de muones
"Nuestro primer análisis, que presentamos hoy, ya alcanza una precisión algo mejor que la del experimento anterior, y lo hemos logrado evaluando solo menos del 6 por ciento del conjunto de datos planificados", explicaMartin Fertl. "Como resultado, creemos que nuestro objetivo de utilizar el experimento Muon g-2 para mejorar en última instancia la precisión del valor en un factor de cuatro para llegar a 140 partes por mil millones parece muy realista".
Los datos que se están analizando actualmente son de la primera ronda de mediciones en 2018, en la que el experimento de Fermilab ya recopiló más datos que todos los experimentos anteriores de factor g de muones combinados. La segunda y tercera rondas también ya están "en la lata".La tercera ronda tuvo que cancelarse abruptamente debido a la pandemia mundial de COVID-19, por lo que la cuarta ronda se está llevando a cabo actualmente bajo estrictas restricciones de seguridad y, en gran medida, de forma remota. Una quinta ronda está programada para comenzar en el otoño de 2021.
Para garantizar la objetividad de los análisis, varios equipos de análisis están trabajando en paralelo e independientemente entre sí. El experimento también utiliza técnicas de cegamiento similares a las empleadas en los ensayos clínicos. Primero, los equipos de análisis relacionan las frecuencias que miden con unreloj cuyo ritmo ha sido ligeramente alterado - y ahora corre demasiado rápido o demasiado lento. Un reloj en la pared de este tipo, por ejemplo, marcaría 60 veces, pero el tiempo transcurrido sería un poco más o menos de un minuto.Solo dos personas más allá del experimento conocen el factor por el cual se ajustó el reloj; en el experimento, esto corresponde a una señal particular en los dispositivos de medición de frecuencia. Solo cuando los resultados relativos de los equipos individuales son consistentes entre sí conocidocomo "desenmascaramiento relativo" se anuncia este factor y luego puede tenerse en cuenta en el cálculo. Este "desenmascaramiento absoluto" ocurrió para la evaluación que ahora se presenta a fines de febrero de 2021.
La especialidad de Martin Fertl y su grupo de trabajo es la medición de extrema precisión del campo magnético en el anillo de almacenamiento de muones durante todo el período de medición de varios años. En su antiguo laboratorio, ya había liderado el desarrollo de una serie de dispositivos altamente sensiblesmagnetómetros basados en el principio de resonancia magnética nuclear pulsada. Varios cientos de estos cabezales de medición están instalados en las paredes de las cámaras de vacío que rodean los muones. Otros 17 cabezales de medición rodean remotamente el anillo de almacenamiento, que tiene un diámetro de 14 metros, para medirel campo magnético aplicado de manera aún más completa ". Con la ayuda de otros sistemas de calibración, nuestro objetivo es determinar el campo magnético en el anillo de almacenamiento de muones con una precisión sin precedentes. Solo una vez que comprendamos el campo magnético con extrema precisión y podamos medirlo,podemos determinar el momento magnético anómalo del muón con el mayor grado de precisión ", dice Martin Fertl." Para determinarel valor con una precisión de 140 partes por mil millones, que sería cuatro veces más preciso que el experimento anterior, necesitamos poder medir el campo magnético en el que los muones se mueven con una precisión de 70 partes por mil millones."
A medida que avanzaban hacia este objetivo, los investigadores encontraron algunos efectos muy interesantes y hasta ahora desconocidos. "Registramos, por ejemplo, cambios temporales pequeños pero significativos en el campo magnético por primera vez, y desarrollamos cabezales de medición especiales para medir con precisiónEste efecto. Estos hallazgos pueden ayudarnos a mejorar nuestra comprensión del campo magnético y, por lo tanto, a refinar continuamente nuestro experimento Muon g-2. Este enfoque de "trabajo en progreso" nos acercará cada vez más en los próximos años a nuestro objetivo final derespondiendo definitivamente a la pregunta de si el momento magnético anómalo del muón es la clave para una nueva física ".
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Materiales proporcionado por Johannes Gutenberg Universitaet Mainz . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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