Os resultados finais do muon g – 2 Experiência Concordo com as previsões mais recentes das propriedades magnéticas do Muon – diminuindo as esperanças de que a partícula perturbasse o AppleCart do modelo padrão.
R. Postel/Fermilab
Uma vista panorâmica do muon g – 2 Experiência no Laboratório Nacional de Fermi.
R. Postel/Fermilab
Uma vista panorâmica do muon g – 2 Experiência no Laboratório Nacional de Fermi.
Depois de medir as oferras de 300 bilhões de muons, o Muon g – 2 colaboração identificou com precisão requintada o magnetismo interno dessas partículas subatômicas (1). A força magnética do Muon, ou momento, tem uma pesquisa animada de física de partículas nas últimas duas décadas, pois o experimento e a teoria pareciam discordar sobre seu valor – levantando uma bandeira para uma possível nova física. Em uma virada surpreendente de eventos, os resultados finais do Muon g – 2 Experiência alinhada com as previsões mais recentes, validando ainda mais o modelo padrão de física de partículas.
O Muon-o primo pesado do elétron-começou a pegar os holofotes da física de partículas nos anos 90, quando um experimento no Laboratório Nacional de Brookhaven, em Nova York, relatou as primeiras dicas de que o comportamento magnético do Muon pode não corresponder às previsões baseadas no modelo padrão, que de outra forma tem sido amplamente bem-sucedido em explicar o mundo sugestômico. As medidas de Brookhaven envolveram os muons magneticamente em um anel round e observando o quanto seu ímã interno, ou “spin”, balançou em torno de um campo magnético aplicado. Para investigar ainda mais essa discrepância, o grande ímã do experimento foi transferido para cross-country em 2013 para o Laboratório Nacional de Fermi (Fermilab) em Illinois. Os primeiros resultados do Muon transplantado g – 2 Experiência foi lançada em 2021, mostrando uma boa concordância com as descobertas de Brookhaven e aumentando o significado da discrepância (ver Ponto de vista: o desafio crescente de Muon para o modelo padrão).
O muon g – 2 A colaboração terminou de coletar dados e divulgou sua análise ultimate (1). Como é comumente feito, o momento muon é expresso em termos do momento magnético anômalo que quantifica a que distância do momento normalizado da partícula, chamado gé de um valor de referência de 2 (daí o nome do experimento “g menos 2 ”). O valor ultimate da equipe de = 0,001165920705 está diretamente em linha com os resultados experimentais anteriores e menos precisas. “Foi um grande e grande alívio ver o resultado sair em cima de nossos resultados anteriores”, diz o porta -voz da colaboração Peter Winter, do Laboratório Nacional de Argonne, em Illinois. “É uma confirmação de que o trabalho duro realmente valeu a pena.”
Muon G – 2 colaboração
O aumento da precisão da medição em várias gerações do muon G – 2 Experiência em Brookhaven e em Fermilab. Os resultados mais recentes usam dados coletados em três execuções que abrangem 2020 a 2023 (Run-4, Run-5 e Run-6) (1). A média mundial combina todos os resultados de Brookhaven e Fermilab.
Muon G – 2 colaboração
O aumento da precisão da medição em várias gerações do muon G – 2 Experiência em Brookhaven e em Fermilab. Os resultados mais recentes usam dados coletados em três execuções que abrangem 2020 a 2023 (Run-4, Run-5 e Run-6) (1). A média mundial combina todos os resultados de Brookhaven e Fermilab.
O novo resultado se destaca por sua sensibilidade, com barras de erro 4 vezes menores que as do experimento de Brookhaven e 1,6 vezes menor que as do experimento anterior do Fermilab. A precisão é de 127 partes por bilhão, que o inverno se compara à pesagem de um bisonte aos 100 mg mais próximos (equivalente a uma semente de girassol). “O valor experimental está agora em uma base muito sólida”, diz Winter. “Será difícil vencer essa precisão no futuro”.
“O Muon g – 2 resultado é um experimental Tour de Pressure”Diz Priscilla Cushman, físico da Universidade de Minnesota que trabalhou no experimento de Brookhaven. O valor experimental para o momento magnético permaneceu consistente, enquanto as barras de erro encolheram, restringindo o espaço para os teóricos.
A possibilidade de que os resultados do Muon possam apontar para a nova física diminuiu por inconsistências que surgiram no lado da teoria nos últimos anos. Existem duas maneiras principais de calcular o momento magnético do Muon, conhecido como método orientado a dados e o método QCD da rede. O primeiro, que period o padrão -ouro por muitos anos, previu um baixo valor do momento de Muon – abaixo do valor em torno do qual os valores do experimento foram agrupados. Por outro lado, os resultados do método da treliça foram maiores (ver Recurso de notícias: medições repetidas de partículas discordam da teoria – o que agora?).
O deadlock entre os campos da teoria levou a reavaliações de ambos os lados. Resultados recentes de treliça aumentaram a confiança da comunidade teoria nessa abordagem. Por outro lado, as discrepâncias apareceram no método orientado a dados, lançando dúvidas sobre sua validade. A situação afetou uma atualização recente do Muon g -2 Iniciativa da teoria, um esforço de um grupo internacional de pesquisadores para compilar uma previsão de modelo padrão do trabalho de muitas equipes (2). Em sua atualização, a iniciativa decidiu remover os valores discrepantes orientados a dados e, em vez disso, retirar a média apenas dos resultados da treliça (tecnicamente, essa decisão aplicada apenas a uma parte do cálculo chamado polarização de vácuo hadrônico).
A iniciativa relatou um momento anômalo de Muon de = 0,00116592033, com uma precisão de 540 partes por bilhão. Esse valor teórico concorda – dentro das barras de erro – com o resultado ultimate do muon g – 2 colaboração. “Parece provável que o g – 2 quebra -cabeça foi resolvido ”, diz Thomas Blum, da Universidade de Connecticut, colaborador do Muong– 2 Iniciativa da teoria.
“Este é um sucesso fantástico da teoria do campo quântico”, diz Zoltán Fodor, pesquisador de treliça da Universidade Estadual da Pensilvânia. A previsão da teoria envolve a soma das contribuições das três forças fundamentais no modelo padrão: o eletromagnético, as interações fracas e fortes. “É incrível que a somente a somente os tipos muito diferentes de cálculos dê a mesma resposta que a medição de até 12 dígitos”, diz Fodor.
Fodor admite que algumas pessoas esperavam uma discrepância, pois isso poderia ter implícito uma nova interação ou um novo tipo de partícula. Mas já houve dicas de que tais esperanças podem ficar desapontadas. Em 2021, a colaboração de Budapest-Marseille-Wuppertal, da qual Fodor é o porta-voz, lançou um cálculo de treliça aproximando a teoria e o experimento mais juntos (3). Na época, não houve outros resultados comparáveis com base na abordagem da treliça, portanto a comunidade teoria hesitava. “O que aconteceu no último ano ou mais é que alguns grupos independentes confirmaram nossos resultados”, diz Fodor.
Mas as perguntas permanecem sobre a abordagem orientada a dados e suas discrepâncias internas. “Mais trabalho no lado orientado a dados é necessário para entender as diferenças com os experimentos e com os resultados do QCD da rede”, diz Blum. O inverno concorda: “Eu diria que é muito cedo para afirmar que tudo está resolvido”.
O certo é que o Muon g – 2 Experiência está concluída. O ímã grande não está mais sendo mantido a temperaturas criogênicas, e não há planos de redirecionar a instalação, diz Winter. Mas Muon Physics continua. O Fermilab está construindo um novo experimento para procurar conversões raras de muon-elétron, que são proibidas no modelo padrão. Há também uma proposta para construir um experimento de momento magnético Muon no complexo de pesquisa de acelerador de prótons do Japão usando uma técnica diferente com um ímã menor. “Isso proporcionaria uma forte verificação de nosso experimento”, diz Winter.
Embrulhando o muon g – 2 Experiência tem sido emocionante, mas também um pouco triste, diz Winter. “Muitos de nós trabalhamos mais de uma década nesse experimento. Foi uma ótima experiência e uma grande colaboração.”
–Michael Schirber
Michael Schirber é um editor correspondente para Revista de Física Sediada em Lyon, França.
Referências
DP Aguillard et al.“Medição do momento magnético anômalo positivo para 127 ppb”. ARXIV: 2506.03069.
R. Aliberti, “O momento magnético anômalo do muon no modelo padrão: uma atualização”. ARXIV: 2505.21476.
S. Borsanyi et al.“Principal a contribuição hadrônica para o momento magnético do Muon da Lattice QCD”. Natureza59351 (2021).
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