Die Muon g-2 Collaboration ist eine große Gruppe von Forschern verschiedener Institute weltweit, die am Muon g-2-Experiment zusammenarbeiten. Hierbei handelt es sich um eine Forschungsmaßnahme, die darauf abzielt, die Wechselwirkungen von Myonen, kurzlebigen Teilchen, die im Wesentlichen schwere Elektronen sind, mithilfe leistungsstarker Beschleuniger am Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) zu erforschen.
Die Muon g-2 Collaboration berichtete kürzlich über eine neue Messung der sogenannten positiven magnetischen Myonenanomalie, die auf den Daten basiert, die zwischen 2019 und 2020 am Fermilab gesammelt wurden. Diese Messung stimmt mit ihren vorherigen Messungen überein und reduziert gleichzeitig den Fehler um mehr als den Faktor 2 aufgrund verbesserter Versuchsbedingungen.
Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Tagebuch Briefe zur körperlichen Untersuchung.
„Der PRL „Das Papier ist der nächste Schritt in unserem Ziel, die magnetische Anomalie des Myons mit einer Genauigkeit von 140 Teilen pro Milliarde zu messen“, sagte Andrew Edmonds, Assistenzprofessor am York College der City University New York und Teil der Muon g-2 Collaboration, gegenüber Phys. org. „Es baut auf unserem vorherigen Ergebnis aus dem Jahr 2021 auf, das eine Genauigkeit von 460 Teilen pro Milliarde hatte, und dieses Ergebnis hat eine Genauigkeit von 200 Teilen pro Milliarde.“ Als Referenz: Die Messung der Freiheitsstatue auf 200 Teile pro Milliarde entspricht einer Messung auf 0,2 Tausendstel Zoll.
Die magnetische Anomalie des Myons ist ein Wert, der das anomale magnetische Moment von Myonen darstellt. Bisher gab es Diskrepanzen zwischen tatsächlichen Messungen dieses Wertes und theoretischen Vorhersagen.
Die gemeldeten Unterschiede zwischen theoretischen und gemessenen Werten könnten eher auf einen statistischen Zufall zurückzuführen sein als auf derzeit ungeklärte Physik außerhalb des Standardmodells. Durch die Erhebung immer präziserer Messungen hoffen Edmonds und seine Kollegen jedoch, weitere Klarheit zu dieser Frage zu gewinnen. Wenn das Ergebnis bei immer größerer Präzision gleich bleibt, könnte dies bestätigen, dass die gemeldeten Diskrepanzen das Ergebnis der Physik jenseits des Standardmodells sind.
„Wir führen diese Messung durch, indem wir Myonen in einem äußerst gleichmäßigen magnetischen Speicherring mit einem Durchmesser von 14 m speichern“, erklärte Edmonds. „Die Myonen sausen immer wieder um den Ring herum und zerfallen schließlich in ein Positron (also ein positiv geladenes Elektron). Die Positronen werden nicht gespeichert und treffen daher auf unsere Detektoren im Inneren des Rings. Wir zählen die Anzahl der Positronen, die das sind.“ Treffen Sie die Detektoren und sehen Sie eine Schwankung in der Anzahl der Positronen.
Um die magnetische Anomalie des Myons abzuleiten, kombiniert die Muon g-2-Kollaboration letztendlich die aufgezeichnete Frequenz der Oszillation in der Anzahl der Positronen mit einer hochpräzisen Messung des Magnetfelds. Die in ihrer jüngsten Arbeit vorgestellte Messung ist die bislang genaueste, da die experimentellen Bedingungen und die Stabilität der Teilchenstrahlen verbessert wurden.
„Unsere neue Messung stimmt mit früheren Messungen überein“, sagte Edmonds. „Dadurch sind wir zuversichtlicher, dass wir den richtigen Wert messen, und wir nähern uns der Fähigkeit, zu bestätigen, ob es sich bei der Differenz um einen statistischen Zufall handelt oder nicht.“
Dieses aktuelle Papier der Muon g-2 Collaboration ist ein weiterer Schritt zur Bestätigung, dass die positive magnetische Anomalie des Myons durch physikalische Prozesse außerhalb des Standardmodells beeinflusst wird. Die Forscher analysieren nun ihren endgültigen Datensatz, der alle Daten umfassen wird, die in den sechs Jahren gesammelt wurden, in denen die Teilchenbeschleuniger am Fermilab liefen.
„Der endgültige Datensatz enthält viermal mehr Daten als in unseren beiden vorherigen Messungen. Daher sollte sich unsere Präzision halbieren und wir können unser Ziel von 140 Teilen pro Milliarde erreichen“, sagte Edmonds. „In der Zwischenzeit werden die Theoretiker ihren theoretischen Wert der magnetischen Anomalie des Myons aktualisieren und so dürfte es im Jahr 2025 zu einem endgültigen Showdown zwischen der experimentellen Messung und der theoretischen Vorhersage kommen, um zu bestätigen, ob der Unterschied ein statistischer Zufall ist oder durch die Physik verursacht wird über das Standardmodell hinaus.“
Mehr Informationen:
DP Aguillard et al., Messung des anomalen magnetischen Moments des positiven Myons auf 0,20 ppm, Briefe zur körperlichen Untersuchung (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.161802.
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