Une nouvelle estimation de la drive du champ magnétique autour du muon – une particule sous-atomique similaire à, mais as well as lourde qu’un électron – comble le fossé entre la théorie et les mesures expérimentales, en l’alignant sur le modèle common qui a a guidé la physique des particules pendant des décennies.



Un report décrivant les recherches d’une équipe internationale de scientifiques paraît le 8 avril 2021 dans la revue Mother nature.

Il y a vingt ans, dans une expérience au Brookhaven Countrywide Laboratory, des physiciens ont détecté ce qui semblait être un écart entre les mesures du « moment magnétique » du muon – la drive de son champ magnétique – et les calculs théoriques de ce que devrait être cette mesure, soulevant la possibilité alléchante de particules ou de forces physiques encore inconnues. La nouvelle découverte réduit cette divergence, suggérant que le magnétisme du muon n’est probablement pas mystérieux du tout. Pour atteindre ce résultat, au lieu de s’appuyer sur des données expérimentales, les chercheurs ont simulé tous les aspects de leurs calculs à partir de zéro – une tâche nécessitant une puissance de calcul intensif huge.



« La plupart des phénomènes de la nature peuvent être expliqués par ce que nous appelons le » modèle common « de la physique des particules », a déclaré Zoltan Fodor, professeur de physique à Penn State et chef de l’équipe de recherche. « Nous pouvons prédire les propriétés des particules de manière extrêmement précise en nous basant uniquement sur cette théorie, donc lorsque la théorie et l’expérience ne correspondent pas, nous pouvons être excités à l’idée d’avoir trouvé quelque selected de nouveau, quelque selected au-delà du modèle common. »

Pour une découverte d’une nouvelle physique au-delà du modèle common, il existe un consensus parmi les physiciens sur le fait que le désaccord entre la théorie et la mesure doit atteindre cinq sigma – une mesure statistique qui équivaut à une probabilité d’environ 1 sur 3,5 hundreds of thousands.

Dans le cas du muon, les mesures de son champ magnétique se sont écartées des prévisions théoriques existantes d’environ 3,7 sigma. Intrigant, mais pas suffisant pour déclarer une découverte d’une nouvelle rupture dans les règles de la physique. Ainsi, les chercheurs ont entrepris d’améliorer à la fois les mesures et la théorie dans l’espoir de concilier théorie et mesure ou d’augmenter le sigma à un niveau qui permettrait la déclaration d’une découverte d’une nouvelle physique.

« La théorie existante pour estimer la force du champ magnétique du muon reposait sur des mesures expérimentales d’annihilation électron-positon », a déclaré Fodor. « Afin d’avoir une autre approche, nous avons utilisé une théorie entièrement vérifiée qui était complètement indépendante de la dépendance à des mesures expérimentales. Nous avons commencé avec des équations plutôt basiques et avons construit toute l’estimation à partir de zéro. »

Les nouveaux calculs ont nécessité des centaines de thousands and thousands d’heures de processeur dans plusieurs centres de supercalculateurs en Europe et ramènent la théorie à la mesure. Cependant, l’histoire n’est pas encore terminée. De nouvelles mesures expérimentales in addition précises du moment magnétique du muon sont attendues prochainement.

« Si nos calculs sont corrects et que les nouvelles mesures ne changent pas l’histoire, il semble que nous n’avons pas besoin de nouvelle physique pour expliquer le instant magnétique du muon – il match les règles du modèle standard », a déclaré Fodor. « Bien que la perspective d’une nouvelle physique soit toujours attrayante, il est également passionnant de voir la théorie et l’expérience s’aligner. Cela démontre la profondeur de notre compréhension et ouvre de nouvelles opportunités d’exploration. »

L’excitation est loin d’être terminée.

« Notre résultat devrait être recoupé par d’autres groupes et nous les anticipons », a déclaré Fodor. « De as well as, notre constatation signifie qu’il existe une pressure entre les résultats théoriques précédents et nos nouveaux. Cet écart doit être compris. De furthermore, les nouveaux résultats expérimentaux peuvent être proches des anciens ou moreover proches des calculs théoriques précédents. Nous avons de nombreuses années d’excitation nous attendent. «