9977
Záhada muonu Charlie Wood
[ Ezoterika ] 2025-06-25
Muony matou fyziky od doby, kdy se ve třicátých letech 20. století poprvé objevily. "Kdo to kdy nařídil?" zavtipkoval jaderný fyzik I. I. Rabi. Zdálo se, že protony, neutrony a elektrony jsou zodpovědné za atomy, a tedy za veškerou hmotu. Ale když fyzici prozkoumali trosky, které zde zůstaly jako kosmické záření narážející do molekul vzduchu, objevili důkazy o druhém typu elektronu - částici s přesně stejným elektrickým nábojem, ale asi 200krát hmotnější.
Tato nová částice nehrála v atomu žádnou roli, protože se dokázala udržet pohromadě pouhé dvě miliontiny sekundy, než se rozpadla. Celý jeho raison d´être byl nejasný. Ale muon byl prvním vodítkem k tomu, že známé subatomární částice jsou pouze nejstabilnějšími členy mnohem větších rodin. Během následujícího desetiletí fyzici zhmotnili tři generace těchto rodin, které nyní tvoří standardní model částicové fyziky.
Standardní model částicové fyziky z kvantových deníků.
Každá částice hmoty se dodává v lehké, střední a těžké verzi. Například je tu elektron, muon a ještě mohutnější (ale jinak identická) částice zvaná tau. . . Ale proč? Aby vědci pochopili, zda je muon skutečným elektronovým klonem, zkoumali jeho další vlastnosti, například zda cítí stejné síly jako elektron. V roce 1960 začali měřit, jak se muony kývají, když se pohybují magnetickým polem, což je jev známý jako jejich "anomální magnetický moment", označovaný jako "g-2" z esoterických důvodů. V experimentu za experimentem se muon řídil přesně stejnými kvantovými zákony jako elektron.
V roce 2001 přesnější měření zaznamenalo známku vzpoury proti těmto kvantovým zákonům. Vědci z Brookhaven National Laboratory (BNL) v New Yorku si všimli, že hodnota g-2 muonu se zřejmě liší od toho, co předpovídá standardní model, asi o 0,00036 %.
Prstenec DOE Brookhaven National Laboratory Muon g-2 se od té doby přestěhoval do Fermilabu a byl přestavěn.
To se počítá jako značný rozpor, protože fyzici si myslí, že kvantové fyzice rozumí dobře. Aby zjistili, zda je rozdíl spíše známkou nových sil působících na muon než chybou měření, fyzici experiment vylepšili. Srdcem brookhavenského přístroje byl 700tunový prstenec supravodivých cívek generujících magnetické pole experimentu. Nejproduktivnější továrna na muony v zemi se nacházela v Illinois, ve Fermiho národní urychlovací laboratoři (Fermilab).
V roce 2013 fyzici spojili tyto dva pojmy dohromady. Naložili prsten na člun u pobřeží Long Islandu a pak ho plavili po východním pobřeží a proti proudu řeky Mississippi.
Brookhavenská národní laboratoř DOE našla nový domov v experimentálním studiu FNAL Muon g-2. po přesunu člunem a nákladním autem. Brookhavenský prstenec to zvládl v jednom kuse a fyzici z Fermilabu začali sbírat data. V roce 2021 oznámili, že se zintenzivnil střet mezi předpovězenými a naměřenými hodnotami magnetického momentu muonu - vzrušující zjištění. Fyzici zoufale hledají vodítka k úplnější teorii kvantového světa, která by přesahovala částice a síly standardního modelu. Pokud by se rozpor mezi muonem g-2 ještě více prohloubil, zapsal by se do historie. "Nevím, jestli je to poslední velká naděje pro novou fyziku, ale určitě je hlavní" řekl Matthew Buckley, částicový fyzik na Rutgers University.
Co je nového a pozoruhodného
Nová zjištění oznámená koncem května tuto naději zmařila. Měření magnetického momentu muonu z Brookhavenu a Fermilabu jsou nyní přesně v souladu s předpověďmi standardního modelu. Až na to, že v tomto případě nesrovnalost nezmizela, když fyzici shromáždili více a lepších dat. Místo toho se po 25 let mýlila předpověď. Problém při předpovídání výsledku experimentu v částicové fyzice spočívá v tom, že experiment lze považovat za hru s nekonečným počtem způsobů: částice se mohou krátce objevit a vzájemně se ovlivnit, než opět zmizí. Fyzici tedy předpovídají tak, že se zaměřují na nejjednodušší události (které zahrnují jen několik kroků) a ignorují složitější (a obvykle vzácnější) sekvence událostí. Organizují příchody a odchody částic pomocí vizualizací známých jako Feynmanovy diagramy.
Je nemožné úplné sčítání nekonečných možností - a tedy přesná předpověď. Každá předpověď má nějakou nejistotu nebo chybu, stejně jako experiment. Jeden typ chyby ve výpočtu muonu g-2 je obzvláště neřešitelný. Problém spočívá v určitých vzácných muonových interakcích, ve kterých se krátce objeví částice podobné protonu. Tyto částice cítí "silnou" jadernou sílu (na rozdíl od slabší elektromagnetické síly). A když se do toho zapojí silná síla, Feynmanovy diagramy selžou. Každá možná událost ovlivňuje muonu stejnou měrou. Protože silná síla je tak silná, i složité události zahrnující mnoho přechodných částic dělají velký rozdíl, takže žádná část nekonečného řetězce možností nemůže být bezpečně ignorována. Předpovědi jsou marné, a tak se fyzici obvykle uchylují k pečlivým experimentům.
V případě hodnoty g-2 muonu se fyzici zaměřili na srážky zahrnující elektrony, aby získali představu o tom, 3jak často se mohou objevovat částice podobné protonům. Toto číslo pak dosadili do svých rovnic. Stručně řečeno, teoretická předpověď tajně závisela na experimentu. V nové analýze se týmu více než 200 teoretických fyziků podařilo vymáčknout klíčové číslo z čisté kvantové teorie, přičemž se spoléhali na hrubou sílu nově vylepšené počítačové simulace silné síly. Zjistili, že celková předpověď se přesně shodovala s tím, co naměřil Fermilab. Magnetismus muonu se po celou dobu shodoval se standardním modelem. . . Velká naděje částicové fyziky zemřela. To znamená, že základní tajemství muonu žije dál. A tou záhadou je: Proč nám vesmír naservíroval tři generace částic hmoty (jako je elektron, muon a tau), když by stačila jen jedna. . . ?
Zdroj:
https://www.bibliotecapleyades.net/ciencia4/fisica184.htm
Zpět
