Staronový experiment s časticami známymi ako mióny ukázal, že vo vesmíre okrem štyroch základných interakcií (gravitácia, elektromagnetizmus, silná, slabá interakcia) existuje ďalšia doposiaľ neznáma interakcia, energia, respektíve forma hmoty, ktorá je pre podstatu a vývoj vesmíru nesmierne dôležitá, no my ju zatiaľ nepoznáme, o téme informoval portál BBC, NYTimes, či web Washingtonskej univerzity.

Ťažký bratranec elektrónu

Ako píše web ScienceDaily, napriek tomu, že niektoré subatomárne častice boli objavené už takmer pred 100 rokmi prostredníctvom relatívne „jednoduchých“ experimentov, snaha porozumieť správaniu a vlastnostiam týchto častíc sa dostáva do popredia až teraz.

Všetky náročné experimenty, ktorých cieľom je porozumieť týmto časticiam a rozšíriť tak naše chápanie vesmíru, sa odohráva v tých najambicióznejších a najkomplexnejších organizáciách, aké poznáme. Na mysli máme samozrejme Európsku organizáciu jadrového výskumu (CERN), Fermiho národné urýchľovacie laboratórium (Fermilab) alebo japonský Vysoko energetický urýchľovač KEK.

Pixabay

Ciele a experimenty jednotlivých organizácií sú síce odlišné, no vo výsledku všetky pomáhajú lepšie pochopiť fyziku stojacu za chodom vesmíru. Jeden z experimentov, ktorý prebiehal vo Fermilabe už od roku 2018, teraz doslova spôsobil ošiaľ a prevrat vo fyzike

NEPREHLIADNI
Po takmer 50 rokoch pátrania ju konečne máme. Vedci našli nový typ kvázičastice

Reč je konkrétne o experimente Muon g-2, ktorým sa od roku 2018 meria častica zvaná mión, ťažší súrodenec elektrónu, ktorý bol objavený v 30. rokoch 20. storočia. Podobne, respektíve rovnako ako elektróny, aj mióny majú negatívny elektrický náboj a kvantovú vlastnosť nazývanú spin.

Tá veľmi zjednodušene povedané spôsobuje, že tieto častice sa po vložení do magnetického poľa začnú otáčať, čím silnejšie je magnetické pole, tým rýchlejšie mión rotuje, upozorňuje web NationalGeographic.

Spin je kvantová vlastnosť elementárnych častíc, v klasickej fyzike nemá svoj ekvivalent. Ide o vnútorný moment hybnosti častice v tom zmysle, že spin častice prispieva k celovému momentu hybnosti telesa. Môže nadobúdať hodnotu celých alebo poločíselných kladných násobkov redukovanej Planckovej konštanty.

Frekvencia, s akou sa mión otáča okolo svojej vlastnej osi, keď je vystavený magnetickému poľu, je určená jeho interakciami s inými časticami a silami, a reprezentovaná číslom nazývaným g-faktor. G-faktor je bezrozmerné číslo charakterizujúce magnetický moment a moment hybnosti tej-ktorej častice. Pomocou štandardného modelu časticovej fyziky môžu vedci s extrémnou presnosťou vypočítať / odhadnúť, aké by malo byť toto číslo, informuje portál NewScientist.

Pixabay

Vo svojej podstate je štandardný model najlepším matematickým vysvetlením toho, ako sa správajú všetky častice vo vesmíre, a ako bolo už spomenuté, s extrémnou presnosťou predpovedá frekvenciu tohto otáčania.

Ako však ukázal experiment z roku 2001 uskutočnený v Brookhavenskej národnej laboratórii, mión sa otáča rýchlejšie ako predpokladá štandardný model (preto aj názov g mínus 2). To okamžite vyvolalo senzáciu a množstvo kontroverzií medzi fyzikmi, avšak tento experiment dosiahol prahovú hodnotu pravdepodobnosti iba sigma 3,7, teda nebol ešte dostatočne štatisticky významný na to, aby preukázal nesprávnosť štandardného modelu.

NEPREHLIADNI
Antarktídu zasiahla vesmírna častica, ktorá prejde cez hmotu bez reakcie. Prišla z galaxie 750 miliónov svetelných rokov od nás

Čo sme teda zistili?

Teraz, o dvadsať rokov neskôr, uskutočnila skupina vedcov vo Fermilabe v experimente Muon g-2 svoju vlastnú verziu Brookhavenského experimentu, pričom sa im podarilo zaznamenať a upresniť túto anomáliu – anomália magnetického momentu miónu.

Spojením a komparáciou výsledkov z oboch uvedených experimentov vedci dospeli k záveru, že šanca dosiahnuť výsledky iba náhodného charakteru. sú 1:40 000, alebo teda sigma 4,1. Zlatým štandardom, potrebným na definitívne potvrdenie, že sa nejedná iba o náhodu, ale skutočne tu je ďalšia sila, interakcia alebo častica, ktorá mión ovplyvňuje, je prahovú hodnota pravdepodobnosti na úrovni sigma 5, alebo 1:3,5 miliónu. Vedci si sú však už teraz istí, že k tejto hodnote sa ďalšími experimentami dopracujú.

Zatiaľ si ale nikto nedovolí ani len odhadnúť čo táto nová potencionálna sila / interakcia robí okrem ovplyvňovania miónov. Teoretickí fyzici sa domnievajú, že by to všetko mohlo mať nejaký súvis aj s doteraz neobjavenou subatomárnou časticou – hovorí sa najmä o leptokvarku (leptoquark) o Z-bozóne (Z-prime boson).

Čo sa týka samotného experimentu Muon g-2, ten meria magnetický moment miónu pohybom častíc v kruhu s priemerom 15 metrov. Silný magnet udržuje mióny na ich kruhovej dráhe a súčasne dáva rotáciu ich magnetickej severo-južnej osi. Ako sme už uviedli vyššie, čím silnejší je magnetický moment častíc, tým rýchlejšie sa ich os otáča, upozorňuje web prestížneho žurnálu Nature.

Pixabay

Fyzici už dlho predpokladajú, že elementárne častice ako mión a elektrón majú magnetický moment rovný 2. V novom (i v tom starom) experimente sa však podarilo odhaliť odchýlku od tejto stanovej hodnoty. To má byť spôsobené tým, že v skutočnosti prázdny priestor okolo miónu nie je prázdny, ale nachádza sa v ňom množstvo „virutálnych častíc“ – efemérnych verzií skutočných častíc, ktoré sa neustále objavujú a miznú z vákua, a menia magnetické pole miónu.

Presnejšie sú prijaté teoretické hodnoty pre mión stanovené nasledovne:

• g-faktor: 2,00233183620 (86)
• anomálny magnetický moment: 0,00116591810 (43)

Nové experimentálne zistenia tieto hodnoty posúvajú na:

• g-faktor: 2,00233184122 (82)
• anomálny magnetický moment: 0,00116592061 (41)

Všetky uvedené výsledky majú byť publikované v sérií publikácií uverejnených v žurnáloch Physical Review Letters , Physical Review A&B , Physical Review A a Physical Review D, pričom sa zakladajú iba na 6 % z toho, čo má experiment Muon g-2 zhromaždiť.

Zaujímavosť je, že Fermilab používa rovnaký magnetický prstenec, aký sa používal v Brookhavene (bol presunutý v roku 2013), no merania sú až 4-krát presnejšie. Čo je však ešte pozoruhodnejšie, úplne iná nezávislá štúdia, z experimentu CERN LHCb, pred 2 týždňami informovala vedeckú komunitu, ale i verejnosť o objavení určitých dôkazov, že mióny sa nesprávajú ako si myslíme. Rovnako ako Fermilab, aj LHCb potrebuje získať viac dôkazov a dostať sa tak na vytúženú prahovú hodnotu sigma 5.

Dôležité je tiež upozorniť, že uvedené výsledky pochádzajú ešte z prvého experimentu z roku 2018, pričom vedci už disponujú a aktuálne analyzujú ďalšie 2 cykly. Ak sa aj v týchto cykloch dosiahli podobné, alebo rovnaké výsledky, v roku 2023 by vedci definitívne mohli poznať odpoveď na to, či ku štyrom základným interakciám budeme musieť doplniť ďalšiu.