Κοσμικά σωματίδια στο κυνήγι αρχαιολογικών «θησαυρών»

Στην υπηρεσία των αρχαιολόγων θέλουν να θέσουν επιστήμονες από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Τέξας ένα είδος σωματιδίων που ονομάζονται μιόνια και τα οποία παράγονται από την κοσμική ακτινοβολία, «βομβαρδίζοντας» στη συνέχεια την επιφάνεια του πλανήτη.

Στόχος των επιστημόνων είναι να δημιουργήσουν ένα ανιχνευτή ο οποίος με τη βοήθεια των μιονίων θα επιτρέπει στους αρχαιολόγους να «διακρίνουν» κάτω από το έδαφος πιθανά ευρήματα, περίπου όπως οι γιατροί μπορούν με τις ακτίνες Χ και τις ακτινογραφίες να «διακρίνουν» κάτω από το δέρμα και τη σάρκα πιθανά κατάγματα στα οστά. Μάλιστα, με τον ανιχνευτή τους σκοπεύουν να «σαρώσουν» την περιοχή στη Μικρά Ασία όπου στην αρχαιότητα βρισκόταν η πόλη Λιμύρα, για να εντοπίσουν σημεία που θα πρέπει να ανασκαφούν.

Τα μιόνια είναι στοιχειώδη σωματίδια παρόμοια με τα ηλεκτρόνια, με τη διαφορά πως έχουν μεγαλύτερη μάζα. Παράγονται σε ύψος πάνω από 15 χιλιόμετρα από την επιφάνεια της Γης, όπου τα σωματίδια της κοσμικής ακτινοβολίας αλληλεπιδρούν με τα μόρια των αερίων που αποτελούν την ατμόσφαιρα.

Όπως οι ακτίνες Χ, τα μιόνια απορροφώνται από τα πυκνά και παχιά υλικά, ενώ περνούν ανενόχλητα μέσα από στρώματα με μικρή σχετικά πυκνότητα. Επομένως, αν και θα απορροφηθούν από τους βράχους, θα διαπεράσουν μία υπόγεια κενή κοιλότητα, η οποία ενδεχομένως αντιστοιχεί σε κάποιον θαμμένο τύμβο.

Έτσι, με τον ανιχνευτή της, η ομάδα θέλει να εξετάσει τους λόφους περιμετρικά της αρχαιολογικής περιοχής της Λιμύρας, καταγράφοντας το πλήθος των μιονίων που τους διαπερνούν. Στην περίπτωση που εντοπιστούν σημείο όπου ο αριθμός των σωματιδίων είναι μεγάλος, αυτό θα σημαίνει πως στο υπέδαφος υπάρχει μία κενή δομή που διευκολύνει τη διέλευσή τους.

Η τεχνική αξιοποίησης των μιονίων για τη «σάρωση» του εδάφους αναπτύχθηκε πριν από περίπου μισό αιώνα. Μάλιστα, ο Λουίζ Αλβάρεζ, Νομπελίστας φυσικός, τη χρησιμοποίησε πρώτος για να μελετήσει το εσωτερικό της Πυραμίδα του Χεφρήνου, γνωστής επίσης και ως Πυραμίδας του Κχεφρέν, η οποία είναι η δεύτερη μεγαλύτερη από τις Πυραμίδες της Γκίζας.

Από τότε, η τεχνική έχει επιστρατευθεί όχι μόνο για αρχαιολογικούς σκοπούς, αλλά και σε γεωλογικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, έχει χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της ποσότητας λάβας μέσα σε ηφαίστεια.

Μέχρι σήμερα, όμως, οι αντίστοιχοι ανιχνευτές είχαν ευκρίνεια που δεν ξεπερνούσε τα 10 μέτρα. Έτσι, αυτή τη φορά, η ομάδα από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Τέξας θέλει να φτιάξει μία συσκευή που να «βλέπει» καλύτερα μέσα στο έδαφος, με ευκρίνεια 2 μέτρων, ώστε να μπορούν όντως να εντοπισθούν τυχόν θαμμένοι θάλαμοι.

Για να το καταφέρουν, χρησιμοποιούν ειδικές συσκευές που ονομάζονται ταλαντωτές και μπορούν να ανιχνεύουν σωματίδια. Έτσι, όταν κάποιο μιόνιο περάσει μέσα από έναν ταλαντωτή, τότε παράγεται φως που μπορεί να καταγραφεί και να αναλυθεί.

Με βάση το χρονοδιάγραμμα της ομάδας, το αρχικό πρωτότυπο του ανιχνευτή αναμένεται να έχει ολοκληρωθεί μέσα σε λίγους μήνες. Στη συνέχεια, θα προχωρήσουν στην κατασκευή της τελικής εκδοχής της συσκευής, η οποία υπολογίζουν πως θα είναι έτοιμη το επόμενο φθινόπωρο.

http://www.naftemporiki.gr/story/1229272/kosmika-somatidia-sto-kunigi-arxaiologikon-thisauron

Η βαρύτητα λύνει το πρόβλημα της μαγνητικής ροπής του μιονίου;

Πριν από μερικές μέρες εμφανίστηκαν τρεις προδημοσιεύσεις φυσικών από την Ιαπωνία https://arxiv.org/abs/1801.10244)

σύμφωνα με τις οποίες η εξαλείφθηκε η διαφορά μεταξύ θεωρίας και πειράματος όσον αφορά την ανώμαλη μαγνητική ροπή του μιονίου. Ο θεωρητικός υπολογισμός της μαγνητικής ροπής του μιονίου συγκλίνει προς την πειραματική, αν ληφθούν υπόψη οι διορθώσεις που οφείλονται στην γήινη βαρύτητα(.

To μιόνιο (μ) ανήκει στην κατηγορία των λεπτονίων και είναι το «παχύσαρκο» ξαδερφάκι του ηλεκτρονίου. Έχει το ίδιο σπιν (½) και το ίδιο ηλεκτρικό φορτίο με το ηλεκτρόνιο. Όμως, η μάζα του είναι πολύ μεγαλύτερη, 200 φορές η μάζα του ηλεκτρονίου. Ενώ το ηλεκτρόνιο είναι «αιώνιο» αφού δεν υπάρχει τίποτα ελαφρύτερο για να διασπαστεί, το μιόνιο έχει μέσο χρόνο ζωής 2,2 μs και ο συνήθης τρόπος διάσπασής του είναι:

\mu^{-} \rightarrow e^{-} + \bar{\nu}_{e} + \nu_{\mu}

Η ανώμαλη μαγνητική ροπή

Η μαγνητική ροπή \vec{\mu} ενός μαγνήτη είναι το μέγεθος που προσδιορίζει την ροπή \vec{\tau} που δέχεται ο μαγνήτης όταν τοποθετείται σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο \vec{B} ,

\vec{\tau}=\vec{\mu}\times\vec{B} .

Ένας βρόχος ηλεκτρικού ρεύματος, ένας ραβδόμορφος μαγνήτης, ένα ηλεκτρόνιο, ένα μόριο, ένας πλανήτης, έχουν μαγνητική ροπή. Για το ηλεκτρόνιο η μαγνητική ροπή είναι ανάλογη του σπιν \vec{S} :

\vec{\mu} =g\frac{e}{2m}\vec{S}

Mια πρώτη προσέγγιση της εξίσωσης Dirac δίνει g=−2, μια τιμή που θεωρείται ως κλασικό αποτέλεσμα. Αυτή η κλασική τιμή διαφέρει από την παρατηρούμενη τιμή κατά ένα μικρό κλάσμα:

a_{e}=\frac{g-2}{2}

μια διαφορά που αναφέρεται ως ανώμαλη μαγνητική ροπή.

Η ανώμαλη μαγνητική ροπή οφείλεται στην αλληλεπίδραση με εικονικά σωματίδια, σωματίδια που εμφανίζονται για μια στιγμή και στη συνέχεια εξαφανίζονται. Τα εικονικά σωματίδια σύμφωνα με την αρχή της απροσδιοριστίας μπορούν να εμφανιστούν στον πραγματικό κόσμο για πολύ μικρό χρονικό διάστημα χωρίς να παραβιάζονται οι αρχές της φυσικής.

Οι φυσικοί υπολογίζουν την συνεισφορά στην ανώμαλη μαγνητική ροπή του ηλεκτρονίου από τα εικονικά σωματίδια χρησιμοποιώντας την Κβαντική Ηλεκτροδυναμική και τα διαγράμματα Feynman: a_{e} =0.001 159 652 181 643 (764) .

H τωρινή πειραματική τιμή είναι: a_{e} =0.001 159 652 180 73 (28) , που συμφωνεί με την θεωρητική κατά 1:109. Πρόκειται για έναν θρίαμβο της θεωρητικής φυσικής.

Η διαφορά μεταξύ των παραγόντων g του ηλεκτρονίου και του μιονίου οφείλεται στην διαφορά των μαζών τους. Η ανώμαλη μαγνητική ροπή του μιονίου αμ υπολογίζεται με παρόμοιο τρόπο, αλλά εμφανίζονται κάποιες διαφοροποιήσεις.

Περιέχει τρεις όρους:

a_{\mu}^{SM} = a_{\mu}^{QED} + a_{\mu}^{EW} + a_{\mu}^{Hadron} =0.001 165 918 04 (51) .

Oι πρώτοι δύο όροι αντιστοιχούν στις αλληλεπιδράσεις με φωτόνια, λεπτόνια και τα μποζόνια W, Ζ και Higgs και μπορούν να υπολογιστούν από την θεωρία. Ο τρίτος όρος αντιστοιχεί στις αλληλεπιδράσεις με αδρόνια (που δεν είναι σημαντικές για τα ηλεκτρόνια) και δεν μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας μόνο τη καθιερωμένη θεωρία. Χρειάζονται επιπλέον δεδομένα που προκύπτουν από πειράματα. Έτσι η ανώμαλη μαγνητική ροπή του μιονίου προσφέρεται για τον έλεγχο θεωριών πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου, όπως η Υπερσυμμετρία.

Το πείραμα E821, στο εργαστήριο Brookhaven, μέτρησε την ανώμαλη ροπή του μιονίου βρίσκοντας μια τιμή a_{\mu} =0.001 165 920 9 (6) . Ενώ λοιπόν η μαγνητική ροπή του ηλεκτρονίου συμφωνεί εξαιρετικά με την θεωρητική, αυτό δεν συμβαίνει με το μιόνιο που διαθέτει πολύ μεγαλύτερη μάζα από το ηλεκτρόνιο.

Οι φυσικοί θεωρούν ότι η διαφορά στην ανώμαλη μαγνητική ροπή των μιονίων αναδεικνύει τις ρωγμές του Καθιερωμένου Προτύπου των στοιχειωδών σωματιδίων.

Έτσι, σύμφωνα με τις προαναφερθείσες εργασίες των Ιαπώνων φυσικών η διαφορά απαλείφεται αν στους υπολογισμούς ληφθεί υπόψη η καμπύλωση του χωροχρόνου που προκαλεί το βαρυτικό πεδίο της Γης. Όμως, κυκλοφορούν ήδη φήμες,

πως οι υπολογισμοί αυτοί είναι μάλλον λανθασμένοι. Ίδωμεν.

https://physicsgg.me/2018/02/04/%ce%b7-%ce%b2%ce%b1%cf%81%cf%8d%cf%84%ce%b7%cf%84%ce%b1-%ce%bb%cf%8d%ce%bd%ce%b5%ce%b9-%cf%84%ce%bf-%cf%80%cf%81%cf%8c%ce%b2%ce%bb%ce%b7%ce%bc%ce%b1-%cf%84%ce%b7%cf%82-%ce%bc%ce%b1%ce%b3%ce%bd%ce%b7/

Πως παράγουμε μιόνια.

Τo μιόνια (από το ελληνικό γράμμα μ) είναι ασταθές στοιχειώδες σωματίδιο παρόμοιο με το ηλεκτρόνιο, με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο και spin 1⁄2. Χαρακτηρίζεται ως λεπτόνιο, όπως το ηλεκτρόνιο, το ταυ, και τα τρία αντίστοιχα νετρίνα (νμ, νe, ντ). Ο μέσος χρόνος ζωής του είναι περίπου 2.2 µs. Όπως όλα τα στοιχειώδη σωματίδια, το μιόνιο έχει ένα αντίστοιχο αντισωμάτιο αντίθετου φορτίου αλλά ίσης μάζας και spin: το αντιμιόνιο (αποκαλείται και θετικό μιόνιο). Τα μιόνια συμβολίζονται με μ− και τα αντιμιόνια με μ+.

Το βίντεο διάρκειας ενός λεπτού που ακολουθεί, μας δείχνει πως παράγονται τα μιόνια:

https://physicsgg.me/2019/01/24/%ce%b2%ce%af%ce%bd%cf%84%ce%b5%ce%bf-%cf%80%cf%89%cf%82-%cf%80%ce%b1%cf%81%ce%ac%ce%b3%ce%bf%cf%85%ce%bc%ce%b5-%ce%bc%ce%b9%cf%8c%ce%bd%ce%b9%ce%b1/

Η τομογραφική απεικόνιση με μιόνια της Μεγάλης Πυραμίδας του Χέοπα.

Οι πυραμίδες της Γκίζας θεωρούνται ως ένα από τα επτά θαύματα του κόσμου.

Έχει περάσει μισός αιώνας από τότε που ο Luiz Alvarez και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν τα μιόνια που παράγονται εξαιτίας της κοσμικής ακτινοβολίας στα υψηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας, για να αναζητήσουν κρυμμένους θαλάμους στην πυραμίδα του Χεφρήνου – μια από τις πυραμίδες της Γκίζας [Search for Hidden Chambers in the Pyramids].Η εξέλιξη των πειραματικών διατάξεων στην φυσική των υψηλών ενεργειών βοήθησε ένα πρόσφατο ερευνητικό πρόγραμμα (το ScanPyramids), να κάνει σημαντικές ανακαλύψεις στην μεγάλη πυραμίδα του Χεόπα (ή της Γκίζας) χρησιμοποιώντας την ίδια τεχνική που χρησιμοποίησε η ομάδα Alvarez, αλλά με πιο σύγχρονα όργανα:

Η νέα αποστολή Exploring the Great Pyramid ακολουθεί μια διαφορετική προσέγγιση στην απεικόνιση μεγάλων δομών με μιόνια από την κοσμική ακτινοβολία. Σχεδιάζει την τοποθέτηση ενός πολύ μεγάλου συστήματος τηλεσκοπίων μιονίων, με την δυνατότητα μετακίνησής τους γύρω από την βάση της πυραμίδας, που θα ανιχνεύει μιόνια σχεδόν από όλες τις γωνίες. Το σύστημα ανίχνευσης θα έχει 100 φορές μεγαλύτερη ευαισθησία σε σχέση με την πρόσφατη εξερεύνηση της πυραμίδας του Χεόπα, και για πρώτη φορά, θα παράξει μια αληθινή τομογραφική απεικόνιση μιας τόσο μεγάλης δομής.

Τα μιόνια παράγονται από τις συγκρούσεις των κοσμικών ακτίνων με τα άτομα της ατμόσφαιρας σε μεγάλο υψόμετρο. Έχουν χρόνο ημιζωής ≈2,2 εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου (μs). Αυτό σημαίνει ότι αν «διαθέτουμε» 1000 μιόνια, μετά από 2,2 μs θα απομείνουν περίπου 500 ενώ τα υπόλοιπα θα διασπαστούν, μετά από άλλα 2,2 μs απομένουν 250 μιόνια κ.ο.κ. Τα μιόνια που κινούνται σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός στο χρονικό διάστημα 2,2 μs θα έπρεπε να διανύουν μια απόσταση περίπου 650 μέτρων. Δεδομένου ότι δημιουργούνται σε μεγάλο υψόμετρο (≈10 km), τότε ένα ελάχιστο ποσοστό θα έπρεπε να επιβιώνει μέχρι την επιφάνεια της θάλασσας. Κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει εξαιτίας της διαστολής του χρόνου που προβλέπει η Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας. Η ροή µιονίων στο επίπεδο της επιφάνειας της θάλασσας είναι περίπου 1 µιόνιο ανά min ανά cm²

Τα αρχικά αποτελέσματα προσομοίωσης για την αποστολή Exploring the Great Pyramid δείχνουν ότι μπορεί να προσφέρει νέες γνώσεις για τις δομικές λεπτομέρειες της μεγάλης πυραμίδας του Χεόπα.

https://physicsgg.me/2022/02/22/η-τομογραφική-απεικόνιση-με-μιόνια-τη/

Η κατάρα της μούμιας και οι κοσμικές ακτίνες.

Η αρχαιολογια και η σωματιδιακή φυσική δεν φαίνεται να έχουν τίποτα κοινό. Κι όμως οι φυσικοί χρησιμοποιούν τα υποατομικά σωματίδια που ονομάζονται μιόνια για να «ακτινογραφούν» τεράστιες αρχαιολογικές κατασκευές όπως οι πυραμίδες.

Τα μιόνια που παράγονται από τις συγκρούσεις των κοσμικών ακτίνων με τα άτομα της ατμόσφαιρας σε μεγάλο υψόμετρο. Αν έχουν την κατάλληλη ενέργεια μπορούν να διεισδύσουν στο εσωτερικό μιας πυραμίδας και να αποκαλύψουν κρυφούς θαλάμους.

Η τομογραφική απεικόνιση με μιόνια ως εργαλείο για αρχαιολογικές μελέτες πρωτοπαρουσιάστηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1960, από τον φυσικό Luis Alvarez και την ερευνητική του ομάδα. Χρησιμοποίησε τα μιόνια που παράγονται εξαιτίας της κοσμικής ακτινοβολίας στα υψηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας, για να αναζητήσει κρυμμένους θαλάμους στην πυραμίδα του Χεφρήνου – μια από τις πυραμίδες της Γκίζας [Search for Hidden Chambers in the Pyramids].

http://www2.lns.mit.edu/fisherp/AlvarezPyramids.pdf

Έκτοτε κι άλλοι ερευνητές ασχολήθηκαν με το ζήτημα εξελίσσοντας την μεθοδολογία ακολουθώντας διαφορετικές προσεγγίσεις (διαβάστε σχετικά: Η τομογραφική απεικόνιση με μιόνια της Μεγάλης Πυραμίδας του Χέοπα).Στο βίντεο που ακολουθεί, ο Don Lincoln από το Fermilab, μας εξηγεί αναλυτικά τον τρόπο με τον οποίο οι φυσικοί «ακτινογραφούν» τις πυραμίδες χρησιμοποιώντας μιόνια:

Τα μιόνια εξακολουθούν να μπερδεύουν τους φυσικούς.

Το μυστήριο με την ανώμαλη μαγνητική ροπή του μιονίου συνεχίζεται

Το μιόνιο (συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα μ – αγγλική ονομασία muon) είναι στοιχειώδες σωματίδιο παρόμοιο με το ηλεκτρόνιο, με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο -1 και ιδιοστροφορμή (spin) 1⁄2. Μαζί με το ηλεκτρόνιο, το ταυ λεπτόνιο, και τα τρία νετρίνα, είναι ταξινομημένο ως λεπτόνιο. Είναι ένα ασταθές υποατομικό σωματίδιο και έχει τη δεύτερη πιο μακροχρόνια μέση διάρκεια ζωής (2.2 µs), μετά από το νετρόνιο (~15 λ.).
Ο συνήθης τρόπος διάσπασής του είναι: 
Όπως όλα τα στοιχειώδη σωματίδια, το μιόνιο έχει ένα αντίστοιχο αντισωμάτιο αντίθετου φορτίου αλλά ίσης μάζας και spin: το αντιμιόνιο (επίσης αποκαλούμενο θετικό μιόνιο). Τα μιόνια συμβολίζονται με μ⁻ και τα αντιμιόνια με μ⁺.
Μια από τις ιδιότητες του μιονίου είναι ότι διαθέτει μαγνητική ροπή.Η ανώμαλη μαγνητική ροπή του ηλεκτρονίου και του μιονίου

Η μαγνητική ροπή  ενός μαγνήτη είναι το μέγεθος που προσδιορίζει την ροπή  που δέχεται ο μαγνήτης όταν τοποθετείται σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο , . Ένας βρόχος ηλεκτρικού ρεύματος, ένας ραβδόμορφος μαγνήτης, ένα ηλεκτρόνιο, ένα μόριο, ο πλανήτης Γη, έχουν μαγνητική ροπή.Για το ηλεκτρόνιο η μαγνητική ροπή είναι ανάλογη του σπιν : .  Mια πρώτη προσέγγιση της εξίσωσης Dirac δίνει g=−2, μια τιμή που θεωρείται ως κλασικό αποτέλεσμα. Αυτή η κλασική τιμή διαφέρει από την παρατηρούμενη τιμή κατά ένα μικρό κλάσμα:  , μια διαφορά που αναφέρεται ως ανώμαλη μαγνητική ροπή.
Η ανώμαλη μαγνητική ροπή οφείλεται στην αλληλεπίδραση με εικονικά σωματίδια, σωματίδια που εμφανίζονται για μια στιγμή και στη συνέχεια εξαφανίζονται. Τα εικονικά σωματίδια σύμφωνα με την αρχή της απροσδιοριστίας μπορούν να εμφανιστούν στον πραγματικό κόσμο για πολύ μικρό χρονικό διάστημα χωρίς να παραβιάζονται οι αρχές της φυσικής.
Οι φυσικοί υπολογίζουν την συνεισφορά στην ανώμαλη μαγνητική ροπή του ηλεκτρονίου από τα εικονικά σωματίδια χρησιμοποιώντας την Κβαντική Ηλεκτροδυναμική και τα διαγράμματα Feynman. Η πειραματική τιμή της ανώμαλης μαγνητικής ροπής του ηλεκτρονίου α_e συμφωνεί με την θεωρητική κατά 1:10⁹. Πρόκειται για έναν θρίαμβο της θεωρητικής φυσικής.Ενώ λοιπόν η πειραματική τιμή της μαγνητικής ροπής του ηλεκτρονίου συμφωνεί εξαιρετικά με την θεωρία, δεν συμβαίνει το ίδιο για το μιόνιο που διαθέτει πολύ μεγαλύτερη μάζα από το ηλεκτρόνιο. 
Η ανώμαλη μαγνητική ροπή του μιονίου α_μ υπολογίζεται με παρόμοιο τρόπο, αλλά εμφανίζονται κάποιες διαφοροποιήσεις. Περιέχει τρεις όρους:

Oι πρώτοι δύο όροι αντιστοιχούν στις αλληλεπιδράσεις με φωτόνια, λεπτόνια και τα μποζόνια W, Ζ και Higgs και μπορούν να υπολογιστούν από την θεωρία. Ο τρίτος όρος αντιστοιχεί στις αλληλεπιδράσεις με αδρόνια (που δεν είναι σημαντικές για τα ηλεκτρόνια) και δεν μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας μόνο τη καθιερωμένη θεωρία. Χρειάζονται επιπλέον δεδομένα που προκύπτουν από πειράματα. Έτσι η ανώμαλη μαγνητική ροπή του μιονίου προσφέρεται για τον έλεγχο θεωριών πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου, όπως η Υπερσυμμετρία.

Οι φυσικοί θεωρούν ότι η διαφορά μεταξύ θεωρητικής και πειραματικής τιμής της ανώμαλης μαγνητικής ροπής των μιονίων αναδεικνύει τις ρωγμές του Καθιερωμένου Προτύπου των στοιχειωδών σωματιδίων.Μια ακριβέστερη πειραματική τιμή της ανώμαλης ροπής του μιονίουΟι επιστήμονες του πειράματος Muon g-2 στο Fermilab τo 2021 είχαν ανακοινώσει την μέτρηση του α_μ που έδειχνε μια διαφορά με τη θεωρητική στα 4,2σ, λίγο μικρότερη από τα 5σ που απαιτείται ώστε να ισχυριστεί κάποιος νέα ανακάλυψη.
Τώρα βασιζόμενοι σε περισσότερα πειραματικά δεδομένα πέτυχαν την πιο ακριβή μέτρηση μέχρι σήμερα της ανώμαλης μαγνητικής ροπής του μιονίου. Η νέα τιμή επιβεβαιώνει το αποτέλεσμα του 2021 με υπερδιπλάσια ακρίβεια, οξύνοντας κι άλλο την διαφορά μεταξύ θεωρίας και πειράματος.Η πρόσφατη ανάλυση των ανανεωμένων πειραματικών δεδομένων υποβλήθηκε προς δημοσίευση στο περιοδικό Physical Review Letters με τίτλο ‘Measurement of the Positive Muon Anomalous Magnetic Moment to 0.20 ppm‘.
Εκεί δίνεται η νέα τιμή για την ανώμαλη μαγνητική ροπή του μιονίου:
α_µ = 116 592 057(25)×10⁻¹¹ (0.21 ppm)(*). Συνδυάζοντας αυτό το αποτέλεσμα με τα προηγούμενα αποτέλεματά τους πήραν την τιμή:
α_µ(FNAL)=116 592 055(24)×10⁻¹¹ (0.20 ppm).
Έτσι, η νέα παγκόσμια μέση πειραματική τιμή που προκύπτει είναι:
α_µ(Exp) = 116 592 059(22)×10⁻¹¹ (0.19 ppm), η οποία έχει διπλάσια ακρίβεια σε σχέση με την παλαιότερη τιμή.
Η θεωρητική τιμή που προκύπτει από Καθιερωμένο Πρότυπο είναι:
α_μ(SM)=116 591 810(43)×10⁻¹¹

Λόγω του μεγάλου όγκου των επιπλέον πειραματικών δεδομένων που περιλαμβάνονται στην ανάλυση του 2023, η ακρίβεια της τωρινής τιμής είναι υπερδιπλάσια σε σχέση με την τιμή που υπολογίστηκε το 2021

 Με αυτή τη μέτρηση, η συνεργασία Muon g-2 έχει ήδη φτάσει στον στόχο της μείωσης ενός συγκεκριμένου είδους σφάλματος: το σφάλμα που προκαλείται από πειραματικές ατέλειες των πειραματικών διατάξεων, το λεγόμενο συστηματικό σφάλμα. Ενώ η μείωση του συνολικού συστηματικού σφάλματος έχει ήδη ξεπεράσει τον στόχο σχεδιασμού, απομένει το στατιστικό σφάλμα που καθορίζεται από τον όγκο των δεδομένων που αναλύονται. Το αποτέλεσμα που ανακοινώθηκε χτες προέρχεται από την ανάλυση πολύ περισότερων δεδομένων. Το πείραμα Fermilab θα φτάσει στην οριστική μείωση του στατιστικού σφάλματος μόλις οι επιστήμονες ενσωματώσουν το σύνολο των δεδομένων στην ανάλυσή τους, κάτι που αναμένεται να ολοκληρωθεί τα επόμενα δύο χρόνια.

H μετρούμενη τιμή απέχει από την θεωρητική 5σ, ακριβώς όσο απαιτείται για να ισχυριστεί κάποιος νέα ανακάλυψη!

Η απόλυτη αναμέτρηση μεταξύ της θεωρίας του Καθιερωμένου Προτύπου και του πειράματος θα γίνει στο τέλος του 2025, όταν οι πειραματικοί φυσικοί θα έχουν μια νέα και πιο βελτιωμένη μέτρηση της ανώμαλης μαγνητικής ροπής του μιονίου.

(*) ppm=parts-per-million=10⁻⁶

Το βίντεο που ακολουθεί μας δίνει πρόσθετες πληροφορίες για τα μιόνια και το νέο αποτέλεσμα του πειράματος Muon g-2:

Διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες:
1. ‘Muon g-2 doubles down with latest measurement, explores uncharted territory in search of new physics’ – https://news.fnal.gov/2023/08/muon-g-2-doubles-down-with-latest-measurement/
2. ‘Muon Mystery Deepens with Latest Measurements’ – https://www.scientificamerican.com/article/muon-mystery-deepens-with-latest-measurements/