Eksperyment Mion g-2 w Fermilabie (USA) bada oddziaływanie mionu z polem magnetycznym. Dzięki precyzyjnemu określeniu momentu magnetycznego mionu i porównaniu wyników z podobnie dokładnymi przewidywaniami teoretycznymi, eksperyment jest wrażliwy na nową fizykę która może objawić się w subatomowych fluktuacjach kwantowych otaczających mion. Poprzedni eksperyment przeprowadzony dwie dekady temu w Brookhaven National Laboratory ujawnił znaczącą rozbieżność pomiędzy wynikiem eksperymentalnym a przewidywaniami teoretycznymi (na poziomie 3.7 odchyleń standardowych). Oczekiwany z dużym zainteresowaniem i ogłoszony 7 kwietnia 2021 roku przez kolaboracje Mion g-2 (w transmisji na youtube i zoom uczestniczyło kilka tysięcy osób) nowy wynik pomiarowy potwierdził intrygujący, dwudziestoletni wynik grupy z Brookhaven. Co więcej, biorąc pod uwagę nowy wynik, rozbieżność pomiędzy wynikiem eksperymentalnym a przewidywaniem teoretycznym nieznacznie wzrosła (4.2 odchylenia standardowe).
W fizyce wysokich energii przyjmuje się iż rozbieżności pomiędzy teorią i eksperymentalnym wynikiem na poziomie 5 odchyleń standardowych są oznaką nowych efektów. Prawdopodobieństwo pomyłki na tym poziomie ufności wynosi jeden na milion. W ciągu następnych dwóch lat eksperymentatorzy planują zwiększyć precyzję pomiarów i zmniejszyć dwukrotnie wartość błędu pomiarowego.
Należy podkreślić, że przewidziana po raz pierwszy przez Schwingera w 1948 roku poprawka kwantowa do momentu magnetycznego mionu była jednym z fundamentalnych kroków do sformułowania podstaw elektrodynamiki kwantowej, usuwając rozbieżność pomiędzy teorią i eksperymentem na poziomie jednego promila. Obecnie mamy do czynienia z ponad milion razy większą precyzją i obecna rozbieżność może być kolejnym krokiem, tym razem do znalezienia nowych efektów wykraczających poza model standardowy oddziaływań cząstek elementarnych.
Ogłoszenie wyników wraz z prezentacją teoretycznych podstaw oraz opisem eksperymentu można obejrzeć w linku https://www.youtube.com/watch?v=81PfYnpuOPA
Strona kolaboracji: https://muon-g-2.fnal.gov/
W precyzyjne obliczenia teoretyczne dotyczące anomalnego momentu mionu zaangażowani są również pracownicy IF UŚ, ostatnie prace na ten temat:
„The anomalous magnetic moment of the muon in the Standard Model”, Phys.Rept. 887 (2020) 1-166, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370157320302556?via%3Dihub
Standard model radiative corrections in the pion form factor measurements do not explain the a_μ anomaly, Phys.Rev.D 100 (2019) 7, 076004, https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.100.076004
Opracowanie prof. Janusz Gluza
