RW Space

Стандартная модель физики элементарных частиц — это наше лучшее предположение о том, как выглядят чертежи материи. Из всех его предсказаний ни одно не является столь точным, как магнитный момент электрона.

Он не только точно предсказан, но и является одним из наиболее точно измеренных свойств любой частицы. И хотя эти два значения близки, они не перекрываются полностью, что дает дразнящие намеки на новую физику.

Приближение к точному значению магнитный момент электрона — проще говоря, насколько сильно электрон ведет себя как крошечный магнит — может однажды открыть более глубокое понимание строительных блоков физики и того, как они взаимодействуют.

Теперь физики из Гарвардского и Северо-Западного университетов еще больше расширили пределы этой точности. Их недавние эксперименты дали значение с точностью до 0,13 из 1 триллиона.

«Новое значение в 2,2 раза точнее и согласуется с тем, которое существовало в течение 14 лет», — пишут исследователи из их опубликованной статье.

«Наше определение и расчет Стандартной модели достаточно точны для теста, который в 10 раз точнее».

Чтобы получить новое значение магнитного момента электрона, исследовательская группа поместила один электрон в хорошо контролируемую камеру, известную как ловушка Пеннинга.

После охлаждения камеры почти до абсолютного нуля команда смогла использовать магнитное поле для измерения «квантовых скачков» электрона. между энергетическими уровнями, не влияя на его квантовое состояние и не искажая наблюдения.

Уравнения Стандартной модели позволяют вычислить то, что называется константой тонкой структуры. Примерно эквивалентное 1/137, оно лежит в основе электромагнитной силы, связывающей атомы, что делает его очень важным в физике.

Эти же уравнения предсказывают магнитный момент электрона с такой впечатляющей точностью, что его измерение в лаборатории стало определяющим тестом способности Стандартной модели отражать реальность.

В течение некоторого времени измерения магнитного момента электрона оставались немного больше, чем то, что Стандартная модель предсказывает заряженную точечную частицу, производящую заманчивую аномалию, требующую разрешения.

Эти новые результаты имеют допустимую погрешность в десять раз меньше, чем это несоответствие, что явно указывает на неизвестную физику.

Часть экспериментальной установки. (Fan et al., Physical Review Letters, 2023 г.)

Точная настройка как прогнозов, так и экспериментальные результаты могут дать значения, намекающие на существование новых частиц или типов взаимодействий, о которых мы еще не знаем. p>

У исследователей уже есть идеи, как улучшить измерение, представленное как μ/μB (сравнение значения с магнетоном Бора), еще больше. Это приближает нас к окончательному завершению Стандартной модели физики элементарных частиц.

«Значительные улучшения в точности µ/µB теперь кажутся возможными, учитывая демонстрацию более стабильного оборудования, улучшенную статистику и лучшее понимание неопределенности», — пишут исследователи.

Исследование опубликовано в Physical Review Letters.