Ile wynosi około 200 razy masa elektronu, istnieje przez około 2 milionowe części sekundy, nieustannie uderza w każdy cal powierzchni Ziemi i wydaje się zachowywać w sposób, który wybija dziurę w długo akceptowanych prawach fizyki ?
Byłby to mion, cząstka odkryta po raz pierwszy pod koniec lat 30. XX wieku , która powstaje w naturze, gdy promienie kosmiczne uderzają w cząstki w atmosferze naszej planety. Miony przechodzą przez ciebie i wszystko wokół ciebie z prędkością bliską prędkości światła. Niemniej jednak wielu z nas prawdopodobnie nawet nie zdawało sobie sprawy z ich istnienia aż do kwietnia 2021 roku, kiedy cząstka trafiła na pierwsze strony gazet po tym, jak naukowcy z amerykańskiego rządowego Fermi National Accelerator Laboratory – bardziej znanego jako Fermilab – opublikowali wstępne wyniki trzyletniego -długi eksperyment Muon g-2 .
Badanie Fermilab potwierdziło wcześniejsze odkrycia, że mion zachowuje się w sposób sprzeczny ze Standardowym Modelem Fizyki Cząstek , ramami teoretycznymi, które mają na celu opisanie, jak działa rzeczywistość na najmniejszym poziomie. Jak wyjaśnia ten artykuł w Science, miony – które istnieją w morzu innych maleńkich cząstek i antycząstek, które na nie wpływają – są w rzeczywistości nieco bardziej magnetyczne niż przewidywałby Model Standardowy. To z kolei wskazuje na możliwość istnienia innych, wciąż nieznanych cząstek lub sił.
Jak wyjaśnił jeden z badaczy, fizyk Jason Bono w komunikacie prasowym ze swojej macierzystej uczelni Florida International University, zespół wiedział, że gdyby potwierdzili rozbieżność w magnetyzmie mionów, „nie wiedzielibyśmy dokładnie, co to powoduje, ale wiedzielibyśmy, że to coś, czego jeszcze nie rozumiemy”.
Wstępne wyniki, wraz z innymi niedawnymi badaniami nad cząstkami , mogą pomóc w stworzeniu argumentów za nową fizyką, która zastąpiłaby Model Standardowy. Od Fermilab, oto wideo YouTube wyjaśniające wyniki i ich znaczenie:
„Miony są jak elektrony, z wyjątkiem 200 razy cięższych” – wyjaśnia Mark B. Wise w e-mailowym wywiadzie. Jest profesorem fizyki wysokich energii w California Institute of Technology i członkiem prestiżowej National Academy of Sciences . (Jeśli to nie robi na tobie wystarczającego wrażenia, służył również jako konsultant techniczny ds. akceleratorów cząstek w hollywoodzkim filmie z 2010 roku „Iron Man 2”).
„Zgodnie ze wzorem Einsteina E=mc2 oznacza to, że miony w spoczynku mają większą energię niż elektrony” – mówi Wise. „Dzięki temu mogą rozpadać się na lżejsze cząstki, jednocześnie zachowując ogólną energię”.
Inną kluczową różnicą jest to, że uważa się, że elektrony są bardzo bliskie nieśmiertelności , ale miony istnieją tylko przez 2,2 milionowych części sekundy, zanim rozpadną się na elektron i dwa rodzaje neutrin, zgodnie z tym podkładem Departamentu Energii USA o cząstce.
Miony, które są nieustannie tworzone, gdy promienie kosmiczne uderzają w cząstki w ziemskiej atmosferze, w swoim krótkim istnieniu pokonują zdumiewające odległości, poruszając się z prędkością bliską prędkości światła. Uderzają w każdy cal powierzchni Ziemi i przechodzą przez prawie wszystko na swojej bezpośredniej drodze, potencjalnie przenikając milę lub więcej w powierzchnię Ziemi, zgodnie z DOE.
Niektórzy opisali miony jako klucz do zrozumienia wszystkich cząstek subatomowych, chociaż Wise nie posuwa się aż tak daleko. „W poszukiwaniu fizyki wykraczającej poza nasze obecne rozumienie należy badać wszystkie cząstki” – mówi. „Mion ma jednak pewne zalety. Na przykład jego anomalny moment magnetyczny jest bardzo precyzyjnie przewidywany, co czyni go bardziej wrażliwym na nową fizykę, wykraczającą poza naszą obecną teorię, która zmieniłaby to przewidywanie. Jednocześnie można go bardzo dokładnie zmierzyć”.
Badanie mionów nie jest jednak prostą sprawą. Fermilab używa 700-tonowego (635 ton) urządzenia zawierającego trzy pierścienie, każdy o średnicy 50 stóp (15 metrów), które przez kilka lat zostało wysłane barką i ciężarówką do Illinois ze swojego pierwotnego domu w Brookhaven National Laboratory w Nowym Jorku z powrotem. Urządzenie jest w stanie wytworzyć pole magnetyczne 1,45 Tesli, około 30 000 razy większe niż pole magnetyczne Ziemi.
„To fascynujące, że do badania czegoś tak małego i krótkotrwałego potrzebne są te ogromne urządzenia” – wyjaśnia Wise. „Kiedy są wytwarzane z dużą energią, poruszają się prawie z prędkością światła i mogą przebyć spory dystans, zanim ulegną rozpadowi. Możesz więc poszukać dowodów, które zostawiają w detektorze”.
Na przykład, ponieważ miony są naładowanymi cząstkami, mogą jonizować materię, przez którą przechodzą. Według Wise'a, elektrony wytwarzane przez tę jonizację można wykryć.
Wise mówi, że niedawne odkrycie zespołu Fermilab, że cząstka jest nieco bardziej magnetyczna, niż oczekiwali fizycy, jest znaczące. „To nie zgadza się z przewidywaniami obecnych teorii dla momentu magnetycznego mionowego (obecna teoria jest zwykle nazywana Modelem Standardowym). Tak więc jest jakaś nowa fizyka poza tą w naszej obecnej teorii, która jest obecna i zmienia przewidywania dla tej wielkości” Wise mówi
Podobnie jak wiele ważnych odkryć, odkrycie Fermilaba rodzi więcej nowych pytań, a naukowcy wciąż chcą wiedzieć o mionie.
„Czym jest nowa fizyka, to pytanie, które ona podnosi” – mówi Wise. „Istnieją również inne anomalie, które nie są wyjaśnione w [Modelu Standardowym], które dotyczą mionów. Czy wszystkie są w jakiś sposób połączone?”
Wise brzmi również ostrożnie w związku z odkryciami Fermilabu. „Być może w eksperymencie występuje jakiś systematyczny efekt, który nie jest zrozumiały i wpływa na interpretację pomiaru” – wyjaśnia. „Podobnie z teorią. Więc ta anomalia może ostatecznie zniknąć. Bardzo ważne jest, aby sprawdzać takie rzeczy tak często, jak to możliwe”.
Teraz to ciekawe
Jak zauważa fizyk Fermilab, Chris Polly w tym eseju z 2020 roku, każda cząstka we wszechświecie – nawet w najgłębszych, pozornie pustych przestrzeniach kosmicznych – jest otoczona „świtą” innych cząstek, które nieustannie „mrugają i znikają”. "
