Pot fi oscilaţiile miuonilor indiciile pentru o nouă fizică?

Rezultatele unuia dintre cele mai așteptate experimente din fizica particulelor ar putea schimba fizica așa cum o cunoaștem.

Observaţiile din cadrul Fermi National Accelerator Laboratory, aflat în apropierea orașului Chicago, SUA, par să indice că o particulă subatomică minusculă, cunoscută sub numele de miuon, se „clatină” mult mai mult decât prevede teoria.

Cea mai bună explicație, potrivit fizicienilor, este că miuonul interacţionează cu un tip de materie sau energie complet necunoscute fizicii actuale.

Dacă rezultatele sunt adevărate, atunci aceasta ar fi una din cele mai importante descoperiri din fizica particulelor în cei 50 de ani de când a fost dezvoltat, pentru prima dată, Modelul Standard, teoria particulelor subatomice.

Oscilaţia miuonului, numită momentul magnetic, ar putea zdruncina bazele științei.

„Este o zi extraordinară, mult așteptată nu numai de noi, ci de întreaga comunitate internațională de fizicieni”, a declarat într-un comunicat Graziano Venanzoni, purtător de cuvânt al experimentului Muon g-2 și fizician la Institutul Național Italian pentru Fizică Nucleară.

Cunoscuți uneori ca „electroni graşi”, miuonii sunt similari cu „verii” lor mai cunoscuți, dar sunt de 200 de ori mai grei și mai instabili din punct de vedere radioactiv, dezintegrându-se în doar câteva milionimi de secundă în electroni și mici particule fantomatice, fără sarcină electrică, cunoscute sub numele de neutrini.

Miuonii au, de asemenea, o proprietate numită spin, care îi face să se comporte ca și cum ar fi niște magneți minusculi, determinându-i să se clatine ca niște mici giroscoape atunci când se află într-un câmp magnetic.

Rezultatele obţinute în experimentul Muon g-2, în care fizicienii au studiat miuonii din jurul unui inel magnetic supraconductor, par să arate că miuonul se clatină mult mai mult decât indică teoria.

Experimentul Muon g-2. Credit Fermilab.

Conform fizicienilor, singura explicație este existența unor particule ce nu sunt descrise de setul de ecuații care explică toate particulele subatomice, denumit Modelul Standard, care a rămas practic neschimbat de la mijlocul anilor ’70.

Ideea este că acele particule exotice și energiile lor asociate ar provoca oscilaţiile miuonilor din interiorul inelului magnetic supraconductor.

Cercetătorii Fermilab sunt relativ siguri că ceea ce au observat (oscilaţia suplimentară) a fost un fenomen real și nu o întâmplare statistică. Ei au stabilit un număr de încredere de „4,2 sigma”, care este incredibil de aproape de pragul de 5 sigma la care fizicienii declară o descoperire majoră. Un rezultat de 5 sigma ar sugera că există o șansă de 1 din 3,5 milioane ca aceasta să fie consecinţa întâmplării.

„Măsurătorile acestui efect reflectă interacțiunile miuonului cu orice altceva din univers. Atunci când teoreticienii calculează acest efect, folosind toate forțele și particulele cunoscute din Modelul Standard, obţin alt rezultat.

Aceasta este o dovadă puternică că miuonul este sensibil la ceva ce nu se află în cea mai bună teorie a noastră”, a declarat într-un comunicat Renee Fatemi, fizician la Universitatea din Kentucky și managerul simulărilor pentru experimentul Muon g-2.

Cu toate acestea, un alt calcul, efectuat de un grup separat de cercetători și publicat în revista Nature, contrazice această afirmaţie. Conform calculelor acestei echipe, care indică o valoare mult mai mare termenului cel mai incert din ecuația care prezice mișcarea oscilantă a miuonului, rezultatele experimentale sunt, în totalitate, conforme cu previziunile teoretice.

„Dacă calculele noastre sunt corecte și noile măsurători nu schimbă datele problemei, se pare că nu avem nevoie de o nouă fizică pentru a explica momentul magnetic al miuonului, care respectă regulile Modelului Standard”, a spus într-un comunicat Zoltan Fodor, profesor de fizică la Penn State și conducător al echipei de cercetare care a publicat lucrarea din Nature.

Fodor a adăugat că, având în vedere că aceste predicții s-au bazat pe un calcul diferit cu alte ipoteze, rezultatele lor nu pot fi considerate finale.

„Constatarea noastră arată că există o neconcordanţă între rezultatele teoretice anterioare și cele noi. Această discrepanță ar trebui înțeleasă”, a adăugat Fodor.

În esență, deocamdată fizicienii nu se pot pronunţa, în mod concludent, cu privire la cauza care determină oscilaţia suplimentară a miuonului.

Sursă Science Alert