«Аномальная» частица годами путала ученых: в чем ее секрет

Самое точное исследование аномального магнитного момента мюона поставило точку в споре о новой физике. Расчеты на суперкомпьютерах, занявшие 10 лет, показали, что теория и эксперимент совпадают с высокой точностью.

Более 50 лет измерения фундаментального свойства мюона расходились с теоретическими расчетами, что давало ученым надежду на существование новой физики за пределами известных законов.

Источник: Unsplash

Международная группа ученых под руководством специалистов из Университета штата Пенсильвания опубликовала самое точное на сегодняшний день исследование аномального магнитного момента мюона. Результаты расчетов показали, что многолетнее расхождение между теорией и экспериментом было связано с неточностями вычислений, а не с проявлением новых физических явлений, пишет Phys.org.

Более 60 лет физики наблюдали расхождение между теоретическими предсказаниями и экспериментальными данными по магнитному моменту мюона — элементарной частицы, похожей на электрон, но в 200 раз тяжелее. Это несоответствие породило гипотезы о существовании «новой физики» за пределами Стандартной модели, включая неизвестные силы или частицы.

«Мы применили новый метод расчета и увидели, что расхождения нет. Новое взаимодействие, на которое мы надеялись, просто отсутствует. Старые взаимодействия полностью объясняют наблюдаемое значение», — отмечает профессор Золтан Фодор, ведущий автор исследования.

Сравнение предсказаний Стандартной модели для аномального магнитного момента мюона с его измеренным значением.

Источник: nature.com

Ключевым инструментом исследования стала решеточная квантовая хромодинамика — метод, позволяющий моделировать сильное взаимодействие на суперкомпьютерах. Ученые разделили пространство-время на мельчайшие ячейки и провели расчеты непосредственно на основе уравнений Стандартной модели, а не на основе косвенных экспериментальных данных, как это делалось ранее.

На вычисления ушло более 10 лет. Новый подход позволил объединить расчеты на малых и средних расстояниях с наиболее надежными экспериментальными данными на больших масштабах, что существенно снизило неопределенность. В результате точность предсказания совпала с экспериментом с точностью до половины стандартного отклонения. Полученный результат укрепляет доверие к Стандартной модели — теории, описывающей все известные элементарные частицы и их взаимодействия. Расчеты подтверждают, что природа подчиняется законам квантовой теории поля с невероятной точностью.

Хотя проведенное исследование сузило область поиска новой физики, ученые отмечают, что оно не исключает ее существования полностью. Будущие эксперименты и еще более точные расчеты помогут окончательно прояснить, есть ли за пределами Стандартной модели место для новых открытий.

Ранее ученые создали революционный прибор для съемки сверхбыстрых явлений. Подробнее о принципах его работы рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.