Эксперимент Muon g-2 увидел отклонения от Стандартной модели в измерениях магнитного момента мюона
Эксперимент Muon g-2 в Фермилаб, который должен с высокой точностью измерить значение аномального магнитного момента мюона, представил первые результаты. Полученное значение совпало с результатами аналогичного эксперимента E821 в Брукхейвенской национальной лаборатории, а вместе два измерения отличаются от предсказаний Стандартной модели со статистической точностью в 4,2σ. Такое отклонение от теории при дальнейшем уменьшении погрешности измерений может указать на существование еще не открытых частиц или сил в рамках Новой физики. Ученые рассказали о первых результатах на семинаре, а статья с подробным описанием эксперимента опубликована в журнале Physical Review Letters.
Большинство частиц в рамках Стандартной модели обладают собственным магнитным моментом, то есть с точки зрения магнитных свойств такие частицы в грубом приближении можно рассматривать как маленький магнит. Существование собственного магнитного момента обусловлено в первую очередь спином частицы: для электрона его значение было предсказано с высокой точностью еще в 1928 году. Согласно этим предсказаниям, в выражении магнитного момента электрона через спин должен фигурировать так называемый g-фактор, равный 2. Однако впоследствии (во многом благодаря изучению явления сверхтонкой структуры) физикам стало понятно, что вклад в магнитный момент электрона дает и его взаимодействие с квантами электромагнитного поля. Такое взаимодействие приводит к изменению фактического значения g-фактора на тысячную долю, но именно такое отклонение впоследствии было с высокой точностью измерено в эксперименте.
Аналогичные размышления применимы и для мюона — еще одного лептона, который в 207 раз тяжелее электрона. В этом случае, однако, нельзя ограничиться вкладом электромагнитного взаимодействия в его собственный магнитный момент. Именно большая масса мюона приводит к тому, что на его магнитное поле начинает влиять взаимодействие с массивными полями, в частности — с парами виртуальных массивных частиц, которые непрерывно рождаются и аннигилируют в вакууме. На языке диаграмм Фейнмана такое взаимодействие в первом порядке описывается с помощью однопетлевых диаграмм. Стандартная модель с учетом всех входящих в нее частиц позволяет предсказать вклад этих процессов в магнитный момент мюона. Поэтому физикам было интересно измерить аномальный магнитный момент мюона (который определяется как разность g-фактора мюона и 2, деленая пополам),