7 de abril de 2021
El anillo Muon g-2 está ubicado en su sala de detección en medio de los estantes de electrónica, línea de radiación de muones y otros equipos.Fermilab
Primeros resultados de El experimento Muon g-2 En el Departamento de Energía de EE. UU. Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi Reveló que las partículas fundamentales llamadas muones se comportan de una manera que la mejor teoría de los científicos aún no predice. Forma estándar Partículas fisicas. Este hallazgo destacado subraya una paradoja que ha estado mordisqueando a los investigadores durante décadas.
Una fuerte evidencia de que los muones se están desviando de los cálculos del Modelo Estándar puede indicar una nueva física emocionante. Los muones de este experimento actúan como una ventana al mundo subatómico y pueden interactuar con partículas o fuerzas aún por descubrir.
“Esta experiencia es un poco como una historia policial”, dijo uno de los miembros del equipo. David Herzog, Profesor de física en la Universidad de Washington y portavoz fundador del experimento. «Analizamos los datos de la ejecución inicial del Muon g-2 en Fermilab y descubrimos que el Modelo Estándar por sí solo no podía explicar lo que encontramos. Podría ser necesario algo más, quizás más allá del Modelo Estándar».
La experiencia Muon g-2 es una colaboración internacional entre Fermilab en Illinois y más de 200 científicos de 35 instituciones en siete países. Los científicos de la Universidad de Washington han sido una parte integral del equipo, construyendo herramientas y dispositivos sensibles para el experimento y liderando los esfuerzos de análisis de datos. Además de Hertzog, incluye profesores actuales y co-académicos de la Universidad de Washington. Peter Camille, Catedrático de Investigación de Física. Eric Swanson, ingeniero de investigación del Centro de Astrofísica y Nuclear Experimental de la Universidad de Washington, o CENPA; Jaric Kaspar es un científico investigador. Y Foto de Alejandro García, Catedrático de Física.
Cristales de fluoruro de plomo, que se utilizan en detectores diseñados y fabricados por UW que miden los productos de desintegración de muones para el experimento Muon g-2.Universidad de Washington
«Los dispositivos diseñados específicamente para la Universidad de Washington no hubieran sido posibles sin la dedicación extraordinaria y la experiencia superior del personal técnico de CENPA, que trabaja en estrecha colaboración con investigadores postdoctorales y estudiantes graduados», dijo Herzog.
Un muón tiene aproximadamente 200 veces la masa de su primo electrón. Ocurren naturalmente cuando los rayos cósmicos golpean la atmósfera de la Tierra. Los aceleradores de partículas de Fermilab se pueden producir en grandes cantidades. Al igual que los electrones, los muones se comportan como si tuvieran un pequeño imán interno. En un campo magnético fuerte, la orientación de un imán de muones es frontal, o «inestable», muy similar al eje de una peonza. La fuerza del imán interno determina la velocidad a la que el muón se mueve en un campo magnético externo y se describe mediante un número conocido como factor g. Este número se puede calcular con mucha precisión.
A medida que los muones giran en el imán Muon g-2, también interactúan con una «espuma cuántica» de partículas subatómicas que aparecen y desaparecen de la existencia. Las interacciones con estas partículas de vida corta afectan el valor del factor g, lo que hace que el movimiento del muón se acelere o disminuya ligeramente. El modelo estándar predice con precisión el valor de lo que se llama un «momento magnético anómalo». Pero si la espuma cuántica contiene fuerzas o partículas adicionales que no se explican en el modelo estándar, esto modificaría aún más el factor muon Ji.
Hertzog, que en ese momento estaba en la Universidad de Illinois, fue uno de los científicos principales en el experimento anterior en el Laboratorio Nacional Brookhaven. Este esfuerzo terminó en 2001 y proporcionó indicios de que el comportamiento de Mayon entra en conflicto con el Modelo Estándar. La nueva analogía del experimento Muon g-2 en Fermilab se alinea fuertemente con el valor encontrado en Brookhaven y difiere de la teoría con la medición más precisa hasta la fecha.
Los valores teóricos aceptados para los muones son:
- Factor G: 2.00233183620 (86)
- Momento magnético anómalo: 0,00116591810 (43)
Los nuevos resultados experimentales globales anunciados hoy por la colaboración Muon g-2 son:
- Factor G: 2.00233184122 (82)
- Momento magnético anómalo: 0,00116592061 (41)
Los resultados combinados de Fermilab y Brookhaven muestran una diferencia con las predicciones teóricas de significación de 4,2 sigma, que es ligeramente inferior a las 5 sigma, o 5 desviaciones estándar, que los científicos prefieren como afirmación de descubrimiento. Pero sigue siendo una evidencia abrumadora de nueva física. La probabilidad de que los resultados sean una fluctuación estadística es de aproximadamente 1 en 40.000.
«Este resultado de la primera ejecución del experimento Fermilab Muon g-2 es posiblemente el resultado más esperado en física de partículas en los últimos años», dijo Martin Hoferichter, profesor asistente de la Universidad de Berna y miembro de la Colaboración Teórica. Predice el valor de la forma estándar. «Después de casi una década, es fantástico ver que este enorme esfuerzo finalmente ha dado sus frutos».
El experimento Fermilab, que está en curso, reutiliza el ingrediente clave del experimento Brookhaven, que es un anillo de almacenamiento magnético superconductor de 50 pies de diámetro. En 2013, fue transportado 3.200 millas por tierra y mar desde Long Island a los suburbios de Chicago, donde los científicos pudieron aprovechar el acelerador de partículas de Fermilab y producir el haz de muones más fuerte de los Estados Unidos. Durante los siguientes cuatro años, los investigadores combinaron el experimento; Increíblemente afinado y calibrado Campo magnético uniforme; Desarrollar nuevas técnicas, herramientas y simulaciones; Y Prueba exhaustiva de todo el sistema.
El experimento Muon g-2 envía un haz de muones al anillo de almacenamiento, donde giran miles de veces a casi la velocidad de la luz. Los detectores que recubren el anillo permiten a los científicos determinar qué tan rápido «vibran» los muones.
Eric Swanson, ingeniero de investigación de la Universidad de Washington, con equipo utilizado para medir campos magnéticos en el experimento Muon g-2.Universidad de Washington
Se han establecido varios sensores y detectores en Fermilab en UW, como instrumentos de medición de haz de muones a medida que ingresa al anillo de almacenamiento y revelar Partículas estimulantes que surgen cuando los muones se descomponen. Docenas de científicos, incluidos profesores, investigadores postdoctorales, técnicos, estudiantes de posgrado y estudiantes de pregrado, han ensamblado estas herramientas sensibles en la UW y luego las han instalado y monitoreado en Fermilab.
Los científicos de la Universidad de Washington también participaron en el trabajo teórico sobre la colaboración Muon g-2.
«Las perspectivas del nuevo hallazgo provocaron un esfuerzo teórico concertado para proporcionar a nuestros colegas experimentales una perspectiva de modelo sólida y acordada», dijo Hofercher, quien fue profesor asistente de investigación de la Universidad de Washington de 2015 a 2019. , Para permitir una indicación concluyente de si la física fuera del Modelo Estándar se encuentra en el momento magnético anómalo del muón.
En su primer año de funcionamiento, en 2018, el experimento de Fermilab recopiló más datos que todos los experimentos de factor G anteriores combinados. La colaboración Muon g-2 ha terminado de analizar el movimiento de más de 8 mil millones de muones de esa primera ronda. El equipo de la Universidad de Washington ha sido fundamental en este esfuerzo, lo que ha llevado a cuatro tesis de doctorado hasta ahora.
Se están analizando datos para las fases dos y tres del experimento; La cuarta ronda está en marcha y se planea una quinta. La combinación de los resultados de las cinco mitades dará a los científicos una medida más precisa del ‘bamboleo’ del muón, revelando con mayor certeza si la nueva física está oculta dentro de la espuma cuántica.
«Hasta ahora hemos analizado menos del 6% de los datos que el experimento eventualmente recopilará», dijo el científico de Vermilab Chris Polley, portavoz del experimento actual que fue un destacado estudiante de posgrado en la Universidad de Illinois bajo la supervisión de Herzog. Experiencia Brookhaven. «Aunque estos primeros resultados nos dicen que hay una diferencia interesante con el Modelo Estándar, aprenderemos más en los próximos dos años».
“Con estos emocionantes resultados, nuestro equipo, especialmente nuestros estudiantes, está ansioso por presionar duro para analizar datos residuales y tomar datos en el futuro para lograr nuestro delicado objetivo final”, dijo Camille.
Hertzog presentará los resultados en el Departamento de Física de la Universidad de Washington Simposio El 12 de abril.
Adaptado de A. presione soltar Por Fermilab.
días): Centro de Astrofísica y Física Nuclear Experimental • Universidad de Artes y Ciencias • David Herzog • departamento de fisica • Peter Camille
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