전자 질량의 약 200 배는 얼마이며, 약 200 만분의 1 초 동안 존재하며, 지속적으로 지구 표면의 구석 구석까지 부딪히며 오랫동안 받아 들여온 물리학 법칙에 구멍을 뚫는 방식으로 행동하는 것처럼 보입니다 .
그것은 1930 년대 후반에 처음 발견 된 입자 인 뮤온이 될 것입니다. 이것은 우주 광선이 우리 행성의 대기에있는 입자를 공격 할 때 자연에서 형성됩니다. 뮤온은 빛의 속도에 가까운 속도로 당신과 주변의 모든 것을 통과하고 있습니다. 그럼에도 불구하고 미국 정부의 Fermi National Accelerator Laboratory (더 일반적으로 Fermilab 으로 알려진)의 연구자들이 3 년 간의 초기 결과를 발표 한 후 입자가 뉴스 헤드 라인을 장식 한 2021 년 4 월까지 우리 중 많은 사람들이 그들의 존재를 깨닫지 못했을 것 입니다. -긴 뮤온 g-2 실험 .
Fermilab 연구는 현실이 가장 작은 수준에서 어떻게 작동 하는지를 설명하는 이론적 틀인 입자 물리학 의 표준 모델 과 반대되는 방식으로 뮤온이 행동한다는 이전 발견을 확인했습니다 . Science 의이 기사 에서 설명 하듯이 , 뮤온 (다른 작은 입자와 그에 영향을 미치는 반입자 의 바다에 존재)은 실제로 표준 모델이 예측하는 것보다 약간 더 자성을 띠고 있습니다. 이는 다시 알려지지 않은 다른 입자 나 힘의 존재 가능성을 나타냅니다.
연구원 중 한 명인 물리학 자 Jason Bono 는 그의 모교 인 Florida International University 의 보도 자료 에서 설명했듯이 , 연구팀은 뮤온의 자력의 불일치를 확인하면 "우리는 그 원인을 정확히 알지 못할 것입니다. 우리가 아직 이해하지 못하는 것임을 알 것입니다. "
다른 최근 입자 연구 와 함께 초기 결과 는 표준 모델을 대체 할 새로운 물리학에 대한 사례를 구축하는 데 도움이 될 수 있습니다. Fermilab에서 결과와 그 중요성을 설명하는 YouTube 동영상은 다음과 같습니다.
"뮤온은 200 배 더 무거운 것을 제외하고는 전자와 같다"고 Mark B. Wise 는 이메일 인터뷰에서 설명합니다 . 그는 California Institute of Technology의 고 에너지 물리학 교수이자 권위있는 National Academy of Sciences의 회원 입니다. (그것이 충분히 인상적이지 않다면 그는 2010 년 할리우드 영화 "Iron Man 2"의 입자 가속기에 대한 기술 컨설턴트 로도 활동했습니다 .)
"아인슈타인의 공식 E = mc2에 따르면 이것은 휴지 상태의 뮤온이 전자보다 더 큰 에너지를 가지고 있음을 의미합니다."라고 Wise는 말합니다. "이로 인해 전체적으로 에너지를 보존하면서 더 가벼운 입자로 부패 할 수 있습니다."
또 다른 주요 차이점은 전자가 불멸에 매우 가깝다고 믿어 지지만 뮤온은 220 만분의 1 초 동안 만 존재 하며 입자에 대한 미국 에너지 부 입문서 에 따르면 전자와 두 종류의 중성미자로 붕괴됩니다 .
우주 광선이 지구 대기의 입자에 부딪 힐 때 끊임없이 생성되는 뮤온은 짧은 존재로 놀라운 거리를 이동하며 빛의 속도에 가깝게 이동합니다. DOE에 따르면 그들은 지구 표면의 구석 구석을 치고 즉각적인 경로의 거의 모든 것을 통과하여 잠재적으로 지구 표면으로 1 마일 이상을 관통합니다.
일부는 뮤온을 모든 아 원자 입자를 이해하는 열쇠라고 설명했지만 Wise는 그렇게 멀리 가지 않습니다. "현재의 이해를 넘어서는 물리학을 찾기 위해서는 모든 입자를 연구해야합니다."라고 그는 말합니다. "뮤온에는 몇 가지 장점이 있습니다. 예를 들어 변칙적 인 자기 모멘트는 매우 정확하게 예측되어이 예측을 변경하는 현재 이론을 넘어 새로운 물리학에 더 민감하게 만듭니다. 동시에 매우 정밀하게 측정 할 수 있습니다."
하지만 뮤온을 공부하는 것은 단순한 문제가 아닙니다. Fermilab은 직경이 각각 50 피트 (15 미터) 인 3 개의 링이 포함 된 700 톤 (635 미터 톤) 장치 를 사용 하고 있으며 , 몇 년 동안 뉴욕의 브룩 헤이븐 국립 연구소 에 있는 원래 집에서 일리노이로 바지선과 트럭 으로 배송 되었습니다. 뒤. 이 장치는 지구 자기장의 약 30,000 배인 1.45 테슬라의 자기장을 생성 할 수 있습니다.
"그렇게 작고 단명 한 것을 연구하기 위해이 거대한 장비가 필요하다는 것은 흥미 롭습니다."라고 Wise는 설명합니다. "고 에너지로 생산되면 거의 빛의 속도로 이동하고 붕괴되기 전에 상당한 거리를 이동할 수 있습니다. 따라서 탐지기에 남겨진 증거를 찾을 수 있습니다."
예를 들어 뮤온은 하전 입자이기 때문에 통과하는 물질을 이온화 할 수 있습니다. 이 이온화에 의해 생성 된 전자는 Wise에 따르면 검출 될 수 있습니다.
Wise는 Fermilab 팀이 최근에 입자가 물리학 자들이 예상했던 것보다 약간 더 자성이 있다는 사실을 발견 한 것은 중요하다고 말합니다. "그것은 뮤온 자기 모멘트에 대한 현재 이론의 예측과 일치하지 않습니다 (현재 이론은 일반적으로 표준 모델이라고 함). 따라서 현재 존재하는 우리의 이론에서이 양에 대한 예측을 변경하는 새로운 물리학이 있습니다."Wise 말한다
많은 중요한 발견과 마찬가지로 Fermilab의 발견은 더 많은 새로운 질문을 제기하며 과학자들은 여전히 뮤온에 대해 알고 싶어하는 것이 많습니다.
"새로운 물리학은 그것이 제기하는 질문입니다"라고 Wise는 말합니다. "뮤온과 관련된 [표준 모델]에 설명되지 않은 다른 예외도 있습니다. 모두 어떤 식 으로든 연결되어 있습니까?"
Wise는 또한 Fermilab 결과에 대해주의를 기울였습니다. "이해되지 않고 측정 해석에 영향을 미치는 실험에 어떤 체계적인 효과가있을 수 있습니다."라고 그는 설명합니다. "이론의 경우도 마찬가지입니다. 따라서이 이상 현상은 궁극적으로 사라질 수 있습니다. 가능한 한 이러한 사항을 확인하는 것이 매우 중요합니다."
이제 흥미 롭 네요
Fermilab의 물리학자인 Chris Polly가이 2020 년 에세이 에서 언급했듯이 우주의 모든 입자는 심지어 가장 깊고 비어있는 것처럼 보이는 공간에서도 계속해서 "존재 및 사라져가는 다른 입자의"유입 "으로 둘러싸여 있습니다. "
