新しい物理学: 実験は宇宙に対する私たちの理解を変える可能性がある

ミュオンg-2実験がフェルミ国立加速器研究所（略称フェルミラボ）でついに実施されました。必須素粒子であるミュオンのいわゆるランデ因子（g因子）を測定することが目的です。フェルミレブ自体は、米国イリノイ州にある素粒子物理学の研究センターで、州エネルギー省が運営しています。

ミュオン g-2: 実験は宇宙に対する私たちの理解を変える可能性がある

ミュオン g-2 実験が実際には何なのか、そしてなぜそれが私たちの宇宙観においてこれほど大きな役割を果たしているのかを理解するために、まずいくつかの基本事項を説明します。

物理学の標準模型におけるほとんどの粒子は、独自の磁気モーメントを持っています。つまり、このような粒子は磁気特性から言えば、ほぼ小さな磁石とみなすことができます。固有磁気モーメントの存在は主に粒子の回転によるものです。

この値は、電子に関しては 1928 年にはすでに高精度で予測されていました。これらの予測によれば、電子の磁気モーメントをスピンで表現する場合、いわゆる g ファクターは 2 に等しくなるはずです。しかし、物理学者は後に、電子の磁気モーメントは電磁場の量子との相互作用によるものであることに気づきました。この相互作用により、g ファクターの実際の値が 1,000 分の 1 変化することになりますが、この偏差そのものが、後の実験で高精度に測定されました。

電子からミュオンへ

ミュオン g-2 実験から得られた値は、ブルックヘブン国立研究所の同様の実験 E821 の結果と一致しており、2 つの測定値を合わせると、統計的精度 4.2 シグマ (σ) で標準モデルの予測から外れています。 。この理論からの逸脱は、測定誤差のさらなる減少とともに、新しい物理学の中にまだ発見されていない粒子または力の存在を示す可能性があります。

電子と同様の考慮事項がミューオンにも当てはまります。研究結果をフィジカル・レビュー・レターズ誌に発表した科学者らは、これまで知られていなかったレプトンの存在を疑っている。彼らは、ミュー粒子の異常な磁気モーメントの測定に興味を持っていました。理論的予測からの測定値の逸脱は、ミュー粒子が標準模型にとって未知の質量粒子と相互作用していること、またはこの理論にとって未知の力と相互作用していることを示す可能性があるからです。したがって、ミュオンの異常磁気モーメントの期待値からの逸脱は、新しい物理学の存在を効果的に裏付けることになる。

「これらの発見は将来の素粒子物理学実験に大きな影響を及ぼし、宇宙がどのように機能するかについてのより深い理解につながる可能性がある」とサイテックデイリーはアルゴンヌの博士研究員ラン・ホン氏の発言を伝えた。ただし、これまでのところ結果は実験の最初のセッションから得られたものにすぎません。さらに多くのものが続き、最終的には私たちに宇宙の新たな見方を与えてくれるかもしれません。