Фермилаб уверенно завершил эксперимент по проверке Стандартной модели,

точку в котором всё же поставят исследования в Новосибирске

 

3 июня 2025 года международная коллаборация Muon g-2 сообщила итоговую величину аномального магнитного момента мюона (АМММ), измеренную в эксперименте, который в течение последнего десятилетия проводился в Фермилаб (США). Была достигнута рекордная в мире точность 127 миллиардных долей, или около 0.000013%.

 

Неделю назад, 27 мая 2025 года, коллаборация  Muon g-2 Theory Initiative опубликовала актуальный расчет величины АМММ, предсказанной СМ. Точность теоретического расчета пока что уступает эксперименту. Результаты измерения и расчета прекрасно согласуются между собой, что означает, что СМ прошла проверку на новом уровне точности. Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) входит в обе коллаборации. В значительной степени именно прецизионные результаты, получаемые на коллайдере ВЭПП-2000, определяют точность теоретического предсказания АМММ. В ближайшие несколько лет новосибирские физики планируют масштабную модернизацию коллайдера ВЭПП-2000, которая позволит повысить точность предсказания АМММ в несколько раз и сделает её сопоставимой с точностью нового измерения Фермилаб.АМММ, который измерялся в эксперименте Muon g-2, это дополнительный вклад в величину магнитного момента мюона, который возникает из-за того, что мюон взаимодействует с виртуальными частицами, которые все время рождаются и исчезают даже в пустом пространстве, в вакууме. 

Уникальность АММ мюона состоит в том, что он очень чувствителен к вкладу всех частиц и сил, которые существуют в природе – даже тех, которые не описываются СМ. АМММ есть у любой заряженной частицы, но наиболее интересно его изучать именно у мюона, потому что по меркам микромира мюон живет относительно долго (целых 2 микросекунды), что позволяет провести измерение с очень высокой точностью. Еще одно преимущество мюона в том, что он более чем в 200 раз тяжелее электрона, и его АММ гораздо чувствительней, примерно в 43000 раз, к вкладу тяжелых частиц – а именно такие новые частицы предсказывают многие модели, расширяющие СМ. Под расширениями СМ физики подразумевают более общие теории, которые предсказывают и описывают явления за рамками существующей теории микромира, иногда их также называют теориями Новой физики.

Эксперимент Muon g-2 стартовал в 2017 г. Он стал продолжением предыдущего измерения АМММ, который проводился в Брукхейвенской лаборатории (БНЛ, США) в конце 90-х – начале 2000-х. Часть оборудования, в том числе мюонное накопительное кольцо, было перевезено из БНЛ в Фермилаб. Более десяти лет специалистам потребовалось, чтобы спланировать и подготовить эксперимент. В 2017 г. начался набор данных, который продолжался в течение шести лет. За этот период коллаборация два раза объявляла результаты измерения АМММ (в 2021 г. и в 2023 г.), которые были основаны на обработке части набранных данных. Уже тогда эксперимент был более чем в два раза точнее результата БНЛ. В 2025 г. Фермилаб поставил финальную точку – результат, объявленный 3 июня, получен на основе полного массива данных, а эксперимент считается завершенным.

«Это очень волнующий момент, мы не только достигли своих целей, но и превзошли их, что не так-то просто для таких точных измерений», – прокомментировал руководитель коллаборации Muon g-2, физик Аргоннской национальной лаборатории Питер Винтер в официальном пресс-релизе Фермилаб.

 

«Muon g-2 очень успешный эксперимент по многим параметрам, – добавил заместитель директора ИЯФ СО РАН по научной работе, заведующий кафедрой физики элементарных частиц НГУ член-корреспондент РАН Иван Логашенко. – Чтобы настолько увеличить точность, потребовалось набрать в 20 раз больше данных, чем в эксперименте Брукхейвенской лаборатории, а это само по себе является огромным достижением. Удалось снизить все неточности эксперимента на беспрецедентном уровне. Над экспериментом трудилась международная коллаборация из 200 физиков многих стран мира, в том числе из России, из нашего Института. На данный момент – это самое точное измерение АМММ. В ближайшие 10 лет на ускорительном комплексе J-PARC (Япония) планируют сделать свое измерение АМММ и, возможно, побить рекорд Фермилаб, но это еще очень далекое будущее».

ИЯФ СО РАН принимает участие, как в завершившемся эксперименте Muon g-2, так и в работе коллаборации Muon g-2 Theory Initiative.

...

«Суть того способа, который позволяет провести всеобъемлющую проверку СМ, состоит не только в измерении АМММ, но и в сравнении получившегося значения с той величиной АМММ, которую предсказывает СМ, – пояснил Иван Логашенко. – Совпадение этих чисел означает, что теория верна и что мы всё в ней понимаем на том уровне точности, которого достигли. Если же разница между ними большая, это говорит об обратном, что мы видим явления за рамками СМ».

В 2023 г. Muon g-2 представил результат измерения АМММ, основанном приблизительно на 1/3 всех данных, набранных в эксперименте. На тот момент предсказание СМ было основано на расчете, проведенным коллаборацией Muon g-2 Theory Initiative и опубликованным в 2020 г. Разница между двумя этими значениями тогда была довольно большой – почти пять стандартных отклонений, или пять сигм. Этот факт в физическом сообществе обсуждался, как потенциальное наблюдение Новой физики, то есть физики за рамками Стандартной модели. Точность измерения АМММ составила 0.000013%, что в четыре раза улучшает точность измерения БНЛ 2001 г.

 

Полный текст и иллюстрации: сайт ИЯФ СО РАН