電子の約200倍の質量で、約200万分の1秒間存在し、地球の表面の隅々まで絶えず衝突し、長い間受け入れられてきた物理法則に穴を開けるような振る舞いをしているように見えますか？
それは、1930年代後半に最初に発見された粒子であるミューオンであり、宇宙線が私たちの惑星の大気中の粒子に当たると自然界で形成されます。ミューオンは、光の速度に近い速度であなたとあなたの周りのすべてを通過しています。それにもかかわらず、私たちの多くはおそらく、米国政府のフェルミ国立加速器研究所（より一般的にはフェルミラボとして知られている）の研究者が3年間の最初の結果を発表した後、粒子がニュースの見出しになった2021年4月まで彼らの存在に気づいていませんでした-長いミューオンg-2実験。
フェルミラボの研究は、ミューオンが素粒子物理学の標準モデル、つまり現実が最も小さなレベルでどのように機能するかを説明することを目的とした理論的枠組みに反する方法で動作するという以前の発見を確認しました。科学のこの記事で説明されているように、ミューオンは、他の小さな粒子とそれらに影響を与える反粒子の海に存在しますが、実際には標準模型が予測するよりもわずかに磁性があります。それは、今度は、他のまだ未知の粒子または力の存在の可能性を示しています。
研究者の一人である物理学者のジェイソン・ボノは、母校のフロリダ国際大学からのニュースリリースで説明しました。チームは、ミューオンの磁気の不一致を確認した場合、「原因は正確にはわかりませんが、それは私たちがまだ理解していないことだとわかるでしょう。」
初期の結果は、他の最近の粒子研究とともに、標準模型に取って代わる新しい物理学のケースを構築するのに役立つ可能性があります。Fermilabから、結果とその重要性を説明するYouTubeビデオがあります。
「ミューオンは200倍重いことを除けば電子のようなものです」とマークB.ワイズは電子メールのインタビューで説明しています。彼はカリフォルニア工科大学の高エネルギー物理学の教授であり、権威ある全米科学アカデミーの会員です。（それでも十分に印象に残っていない場合は、2010年のハリウッド映画「アイアンマン2」の粒子加速器の技術コンサルタントも務めました）。
「アインシュタインの公式E = mc2によると、これは静止しているミューオンが電子よりも大きなエネルギーを持っていることを意味します」とワイズは言います。「これにより、全体的なエネルギーを節約しながら、より軽い粒子に崩壊することができます。」
もう1つの重要な違いは、電子は不滅にかなり近いと考えられていますが、この粒子に関する米国エネルギー省の入門書によると、ミュー粒子は電子と2種類のニュートリノに崩壊する前に220万分の1秒しか存在しません。
宇宙線が地球の大気中の粒子に当たったときに絶えず生成されているミューオンは、その短い存在の中で驚くべき距離を移動し、光速に近い速度で移動します。DOEによると、それらは地球の表面の隅々まで衝突し、直接の経路のほとんどすべてを通過し、1マイル以上も地球の表面に侵入する可能性があります。
ミューオンをすべての素粒子を理解するための鍵として説明している人もいますが、ワイズはそれほど遠くまでは行きません。 「私たちの現在の理解を超えた物理学の探求では、すべての粒子を研究する必要があります」と彼は言います。 「しかし、ミューオンにはいくつかの利点があります。たとえば、その異常磁気モーメントは非常に正確に予測されるため、この予測を変える現在の理論を超えて、新しい物理に対してより敏感になります。同時に、非常に正確に測定できます。」
しかし、ミューオンを研究することは簡単なことではありません。フェルミラボは、直径50フィート（15メートル）の3つのリングを含む700トン（635メートルトン）の装置を使用しており、数年前にニューヨークのブルックヘブン国立研究所の元の家からイリノイ州にバージとトラックで輸送されました。バック。この装置は、地球の磁場の約30,000倍である1.45テスラの磁場を生成することができます。
「非常に小さくて短命なものを研究するために、これらの巨大な機器が必要になるのは魅力的です」とワイズ氏は説明します。「それらが高エネルギーで生成されるとき、それらはほとんど光速で移動し、崩壊する前にかなりの距離を移動することができます。したがって、それらが検出器に残す証拠を探すかもしれません。」
たとえば、ミューオンは荷電粒子であるため、通過する物質をイオン化することができます。ワイズによれば、このイオン化によって生成された電子を検出することができます。
ワイズ氏は、フェルミラボチームが最近発見した、粒子が物理学者の予想よりもわずかに磁性が強いことを発見したことは重要だと述べています。「それはミューオン磁気モーメントの現在の理論の予測と一致しません（現在の理論は通常標準模型と呼ばれます）。したがって、現在の理論にはそれを超えたいくつかの新しい物理学が存在し、この量の予測を変更します」とワイズ言う
多くの重要な発見のように、フェルミラボの発見はより多くの新しい質問を提起します、そして科学者がまだミューオンについて知りたいと思うことがたくさんあります。
「新しい物理学とは、それが提起する問題です」とワイズ氏は言います。「[標準模型]では説明されていないミューオンを含む異常もいくつかあります。それらはすべて何らかの形でつながっていますか？」
ワイズはまた、フェルミラボの発見について注意を喚起している。「実験には、理解されておらず、測定の解釈に影響を与えている体系的な影響がある可能性があります」と彼は説明します。「理論についても同様です。したがって、この異常は最終的にはなくなる可能性があります。可能な限りそのようなことを確認することが非常に重要です。」
今それは興味深いです
フェルミ研究所の物理学者クリス・ポリーがこの2020年のエッセイで指摘しているように、宇宙のすべての粒子は、最も深く、一見空っぽに見える空間の広がりにさえ、他の粒子の「励まし」に囲まれています。 「」
