A A+ A++

  • Amerykańscy fizycy twierdzą, że być może istnieją formy życia kluczowe dla natury i rozwoju kosmosu, których jeszcze nie odkryto
  • Miony mają ujemny ładunek elektryczny i posiadają właściwość zwaną spinem, która sprawia, że zachowują się jak małe magnesy
  • W 1998 r. naukowcy z Brookheaven prowadzili pierwsze badania nad mionami, ale otrzymane wyniki nie były zaskakujące
  • Eksperyment ośrodka naukowego Fermilab został uruchomiony w 2018 r. z bardziej intensywną wiązką mionów w celu zebrania 20 razy więcej danych niż wersja z Brookhaven
  • Dowiemy się o wiele więcej o fundamentalnej fizyce idącej naprzód – powiedział dr Gordan Krnjaic z Fermilabu
  • Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej Onet.pl

– To nasze “lądowanie na Marsie” – mówi Chris Polly, fizyk z Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) w Batavii w stanie Illinois, gdzie trwają badania nad cząsteczką. Polly pracuje nad nią niemal od początku swojej kariery.

Dr Polly należy do międzynarodowego zespołu blisko 200 naukowców z 35 instytucji z siedmiu krajów, który pracuje w Fermilab nad mionami – subatomowymi cząsteczkami pokrewnymi z elektronami, ale znacznie cięższymi. Kiedy postawiono miony w intensywnym polu magnetycznym, nie zachowywały się do końca tak, jak tego oczekiwano.

– Ta wielkość, którą mierzymy, odzwierciedla oddziaływania mionu ze wszystkim innym we wszechświecie – powiedziała Renee Fatemi, fizyk z University of Kentucky. – Jest to silny dowód na to, że mion jest wrażliwy na coś, co nie mieści się w naszej najlepszej teorii – dodała w rozmowie z “New York Times”.

Rewolucyjne odkrycie. Czym są miony?

Miony są nazywane “grubymi elektronami” – przypominają znane cząstki elementarne, które zasilają nasze baterie, światła i komputery oraz kręcą się wokół jąder atomów. Mają ujemny ładunek elektryczny i posiadają właściwość zwaną spinem, która sprawia, że zachowują się jak małe magnesy.

O mionach było ostatnio głośno z powodu ich nietypowej mechaniki kwantowej oraz nieintuicyjnych zasad, które leżą u podstaw sfery atomowej. Teoria kwantowa głosi bowiem między innymi, że pusta przestrzeń nie jest tak naprawdę pusta, lecz przepełniona jest “wirtualnymi” cząstkami, które pojawiają się i znikają.

– Można by pomyśleć, że cząstka może być sama na świecie – powiedział dr Polly w oświadczeniu opublikowanym przez Fermilab. – Ale w rzeczywistości wcale nie jest samotna. Ze względu na świat kwantowy, wiemy, że każda cząstka jest otoczona przez wiele innych cząstek – dodał.

To otoczenie wpływa na zachowanie istniejących cząstek, w tym na właściwość mionu zwaną jego momentem magnetycznym, charakteryzowaną w równaniach przez współczynnik zwany g. Zgodnie ze wzorem wyprowadzonym w 1928 r. przez Paula Diraca, angielskiego fizyka teoretycznego i twórcę teorii kwantów, współczynnik g samotnego mionu powinien wynosić 2. Z tym związana jest nazwa eksperymentu: Muon g-2.

To nie pierwsze takie badania nad mionem. Eksperyment w Brookheaven

W 1998 r. fizycy z Brookhaven postanowili przeprowadzić badania dotyczące mionów, poprzez rzeczywiste pomiary g-2 i porównanie ich z przewidywaniami. W eksperymencie akcelerator, zwany Synchrotronem o Gradiencie Zmiennym, tworzył wiązki mionów i wysyłał je do szerokiego na ok. 15 m pierścienia magazynującego – gigantycznego toru wyścigowego kontrolowanego przez nadprzewodzące magnesy.

Uzyskana przez nich wartość g nie zgadzała się z przewidywaniami Modelu Standardowego (jest to teoria fizyki cząstek podstawowych, które są podstawowymi składnikami każdej materii) na tyle, by zainteresować fizyków.

Dr Marcela Carena, szefowa fizyki teoretycznej w Fermilab twierdzi, że wówczas ponowne przeprowadzenie eksperymentu nie zwiększyłoby precyzji na tyle, by uzasadnić jego koszt. W 2001 r. Brookhaven wycofało 15-metrowy pierścień do przechowywania mionów, wobec czego “odkrywanie wszechświata” zostało zawieszone.

Przebieg eksperymentu Fermilab

Eksperyment Fermilab został uruchomiony w 2018 r. z bardziej intensywną wiązką mionów, w celu zebrania 20 razy więcej danych niż wersja z Brookhaven. Kierownikiem projektu został dr Polly, który razem z grupą naukowców mógł powtórzyć eksperyment g-2 z o wiele większą precyzją. Do przeprowadzenia eksperymentu potrzebny był 15-metrowy magnes z Brookhaven, który trzeba było przetransportować z Florydy do Illinois.

Tymczasem w 2020 r. grupa 170 ekspertów znana jako Muon g-2 Theory Initiative opublikowała nową konsensusową wartość teoretycznego momentu magnetycznego mionu, opartą na trzech latach warsztatów i obliczeń z wykorzystaniem Modelu Standardowego. Odpowiedź ta wzmocniła pierwotną rozbieżność zgłoszoną przez Brookhaven. Aida X. El-Khadra, fizyk z Uniwersytetu Illinois i współprzewodnicząca Inicjatywy Teorii Mionów g-2, powiedziała, że na ten wynik czekano od dawna.

Z kolei w dniu ogłoszenia wyników w Fermilabie inna grupa, stosująca do obliczenia momentu magnetycznego mionu inną technikę, zwaną obliczeniami kratowymi, uzyskała inną odpowiedź niż grupa dr El-Khadry. Dr El-Khadra nazwała to “zdumiewającym wyliczeniem”. Jak stwierdziła fizyk, nowe obliczenia kratowe musiały być potwierdzone przez prace innych grup, aby wyeliminować możliwość błędów systematycznych.

Moment otrzymania wyników badań

Fermilab musiał uwzględnić jeszcze jeden element. Aby uniknąć ludzkiej stronniczości i zapobiec fałszerstwom, eksperymentatorzy zastosowali praktykę zwaną zaślepieniem, która jest powszechna w dużych eksperymentach. W tym przypadku zegar główny, który śledzi chybotanie mionów, został ustawiony na nieznaną badaczom częstotliwość. Liczba ta została zapieczętowana w dwóch kopertach, które zamknięto w biurze Joe Lykkena, zastępcy dyrektora ds. badań w Fermilabie, oraz na Uniwersytecie Waszyngtona w Seattle.

Podczas ceremonii 25 lutego, która została nagrana na wideo i obejrzana na całym świecie przez Zoom, dr Polly otworzył kopertę z Fermilabu, a David Hertzog z Uniwersytetu Waszyngtońskiego otworzył kopertę z Seattle. Liczba znajdująca się w środku została wprowadzona do arkusza kalkulacyjnego, który stał się kluczem do wszystkich danych. – To doprowadziło do naprawdę ekscytującego momentu, ponieważ nikt z uczestników współpracy nie znał odpowiedzi aż do tego samego momentu – powiedziała Saskia Charity, doktorantka z Fermilabu.

Pierwszą reakcją, jak wspomina, była duma, że udało im się wykonać tak trudny pomiar. Drugą było to, że wyniki z Fermilabu zgadzały się z wcześniejszymi wynikami z Brookhaven. – To wydaje się być potwierdzeniem, że Brookhaven nie było przypadkiem – powiedziała dr Carena. – Mają prawdziwą szansę na złamanie Modelu Standardowego – dodała.

Jakie mogą być konsekwencje tego rewolucyjnego odkrycia?

Anomalia mionowa, jak twierdzą fizycy, podsunęła im pomysły na poszukiwanie nowych cząstek. Inną możliwością, której nie wykluczają naukowcy z Fermilabu, jest wykrycie lekkiej cząstki zwanej Z-prime. Jej istnienie mogłoby wyjaśnić, dlaczego kosmos wydaje się rozszerzać nieco szybciej, niż przewidują to standardowe modele kosmologiczne.

Dr Gordan Krnjaic z Fermilabu powiedział, że wynik g-2 może wyznaczyć program fizyki cząstek dla następnej generacji. – Jeśli centralna wartość obserwowanej anomalii pozostanie stała, nowe cząstki nie mogą ukrywać się na zawsze – powiedział. – Dowiemy się o wiele więcej o fundamentalnej fizyce idącej naprzód – dodał.

Reakcja środowiska naukowego na odkrycie Fermilabu

Na Twitterze fizycy zareagowali z mieszaniną entuzjazmu i ostrożności. “Oczywiście istnieje możliwość, że jest to nowa fizyka” – napisała Sabine Hossenfelder, fizyk z Frankfurt Institute for Advanced Study. “Ale nie założyłabym się o to” – dodała.

Fabiola Gianotti, dyrektor generalny CERN, przesłała gratulacje i nazwała wyniki “intrygującymi”. Marcela Carena, szefowa fizyki teoretycznej w Fermilab, która nie brała udziału w eksperymencie, powiedziała, że jest bardzo podekscytowana odkryciem. – Czuję, że to maleńkie chybotanie może wstrząsnąć fundamentami tego, co myśleliśmy, że wiemy – dodała.

Cieszymy się, że jesteś z nami. Zapisz się na newsletter Onetu, aby otrzymywać od nas najbardziej wartościowe treści

Źródło: New York Times

(ww)

Oryginalne źródło: ZOBACZ
0
Udostępnij na fb
Udostępnij na twitter
Udostępnij na WhatsApp
Subskrybuj
Powiadom o
guest

Dodaj kanał RSS

Musisz być zalogowanym aby zaproponować nowy kanal RSS

Dodaj kanał RSS
0 komentarzy
Informacje zwrotne w treści
Wyświetl wszystkie komentarze
Poprzedni artykułLiga Mistrzów. Kylian Mbappe W rewanżu musimy zagrać tak samo (POLSAT SPORT). Wideo
Następny artykułCo za figura! Ada Śledź z “Love Island” w zmysłowej pozie