Muon G-2: دراسة تاريخية تتحدى كتاب قواعد فيزياء الجسيمات
النموذج القياسي هو نظرية صارمة تتنبأ بسلوك اللبنات الأساسية للكون.
تصور الفنان للغز العزم المغناطيسي للميون. (المصدر: داني زيمبا ، جامعة ولاية بنسلفانيا) يقول العلماء إن النتائج المنشورة حديثًا لتجربة دولية تشير إلى إمكانية وجود فيزياء جديدة تحكم قوانين الطبيعة. نتائج التجربة التي تمت دراستها جسيم دون ذري يسمى الميون ، لا تتطابق مع تنبؤات النموذج القياسي ، الذي تستند إليه جميع فيزياء الجسيمات ، وبدلاً من ذلك تعيد تأكيد التناقض الذي تم اكتشافه في تجربة قبل 20 عامًا. بعبارة أخرى ، لا تستطيع الفيزياء التي نعرفها وحدها تفسير النتائج التي تم قياسها. نُشرت الدراسة في مجلة Physical Review Letters.
النشرة الإخبارية| انقر للحصول على أفضل الشرح لهذا اليوم في بريدك الوارد
ما هو النموذج القياسي؟
النموذج القياسي هو نظرية صارمة تتنبأ بسلوك اللبنات الأساسية للكون. ويحدد القواعد لستة أنواع من الكواركات ، وستة لبتونات ، وبوزون هيجز ، وثلاث قوى أساسية ، وكيف تتصرف الجسيمات دون الذرية تحت تأثير القوى الكهرومغناطيسية.
الميون هو أحد اللبتونات. إنه مشابه للإلكترون ، ولكنه أكبر بمقدار 200 مرة ، وغير مستقر أكثر بكثير ، حيث يعيش لجزء من الثانية. أُجريت التجربة ، المسماة Muon g-2 (g ناقص 2) ، في مختبر Fermi National Accelerator Laboratory التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (Fermilab).
عن ماذا كانت هذه التجربة؟
قامت بقياس كمية تتعلق بالميون ، في أعقاب تجربة سابقة في مختبر بروكهافن الوطني ، تحت إشراف وزارة الطاقة الأمريكية. اختتمت تجربة Brookhaven في عام 2001 بنتائج لا تتطابق مع توقعات النموذج القياسي.
قامت تجربة Muon g-2 بقياس هذه الكمية بدقة أكبر. سعت إلى معرفة ما إذا كان التناقض سيستمر ، أو ما إذا كانت النتائج الجديدة ستكون أقرب إلى التوقعات. كما اتضح ، كان هناك تناقض مرة أخرى ، وإن كان أصغر.
نضم الان :شرح اكسبرس قناة برقية
ما الكمية التي تم قياسها؟
يطلق عليه العامل g ، وهو مقياس مشتق من الخصائص المغناطيسية للميون. نظرًا لأن الميون غير مستقر ، يدرس العلماء التأثير الذي يتركه وراءه على محيطه.
تتصرف الميونات كما لو كان لديها مغناطيس داخلي صغير. في مجال مغناطيسي قوي ، يتذبذب اتجاه هذا المغناطيس - تمامًا مثل محور قمة الغزل. المعدل الذي يتم فيه وصف تذبذب الميون بواسطة العامل g ، الكمية التي تم قياسها. من المعروف أن هذه القيمة قريبة من 2 ، لذلك يقيس العلماء الانحراف عن 2. ومن هنا جاء الاسم g – 2.
يمكن حساب عامل g بدقة باستخدام النموذج القياسي. في تجربة g – 2 ، قاسه العلماء بأدوات عالية الدقة. لقد قاموا بتوليد الميونات وجعلوها تدور في مغناطيس كبير. تفاعلت الميونات أيضًا مع رغوة كمومية من الجسيمات دون الذرية ظهرت وتخرج من الوجود ، كما وصفها فيرميلاب. تؤثر هذه التفاعلات على قيمة العامل g ، مما يتسبب في اهتزاز الميونات بشكل أسرع قليلاً أو أبطأ قليلاً. يمكن حساب مقدار هذا الانحراف (وهذا ما يسمى بالعزم المغناطيسي الشاذ) أيضًا باستخدام النموذج القياسي. ولكن إذا كانت الرغوة الكمومية تحتوي على قوى أو جزيئات إضافية لا يحسبها النموذج القياسي ، فإن ذلك من شأنه تعديل عامل g بشكل أكبر.
ماذا كانت النتائج؟
قال فيرميلاب إن النتائج ، رغم اختلافها عن تنبؤات النموذج القياسي ، تتفق بشدة مع نتائج Brookhaven.
القيم النظرية المقبولة للميون هي:
عامل ز: 2.00233183620
لحظة مغناطيسية شاذة: 0.00116591810
النتائج التجريبية الجديدة (مجتمعة من نتائج Brookhaven و Fermilab) التي تم الإعلان عنها يوم الأربعاء هي:
عامل ز: 2.00233184122
لحظة مغناطيسية شاذة: 0.00116592061.
ماذا يعني هذا؟
تشير نتائج Brookhaven ، والآن Fermilab ، إلى وجود تفاعلات غير معروفة بين الميون والمجال المغناطيسي - تفاعلات يمكن أن تتضمن جسيمات أو قوى جديدة. ومع ذلك ، فهي ليست الكلمة الأخيرة في فتح الطريق لفيزياء جديدة.
للمطالبة باكتشاف ما ، يطلب العلماء نتائج تختلف عن النموذج القياسي بمقدار 5 انحرافات معيارية. النتائج المجمعة من Fermilab و Brookhaven تتباعد بنسبة 4.2 الانحرافات المعيارية. في حين أن هذا قد لا يكون كافيًا ، إلا أنه من غير المرجح أن يكون مجرد صدفة - هذه الفرصة هي حوالي 1 من 40.000 ، كما قال مختبر أرجون الوطني ، التابع أيضًا لوزارة الطاقة الأمريكية ، في بيان صحفي.
هذا دليل قوي على أن الميون حساس لشيء ليس في أفضل نظريتنا ، كما قال رينيه فاتيمي ، الفيزيائي في جامعة كنتاكي ومدير المحاكاة لتجربة Muon g-2 ، في بيان صادر عن Fermilab.
شارك الموضوع مع أصدقائك:
