Muon g-2
Muon g-2 (E989[1], Muon g − 2, произносится как «мюон джи минус два»[2])[К 1] — эксперимент по физике элементарных частиц, поставленный в Фермилабе с целью измерения аномального магнитного момента мюона с точностью до 0,14 ppm[1][3][4]. Такая точность позволяет считать этот эксперимент одним из самых чувствительных тестов для предсказаний Стандартной модели[5][6].
Мюон, как и его более лёгкий аналог — электрон, ведёт себя как крошечный магнит[7][8]. Скорость вращения спина во внешнем магнитном поле определяется g-фактором мюона. Эту скорость вращения косвенно измеряют в эксперименте Muon g − 2[9].
Значение g-фактора мюона немного превышает 2[6], что отражено в названии эксперимента. Малое отличие от 2 (его «аномальная» часть) вызвано флуктуациями вакуума, влияние которых вычисляются методами теории возмущений квантовой теории поля. Измеряя величины g − 2 с высокой точностью и, сравнивая его значение с предсказанным теоретическим значением, можно выяснить, насколько хорошо эти величины согласуются между собой. Отклонение экспериментального значения от предсказаний Стандартной модели указывало бы на существование ещё неоткрытых частиц или неизвестной силы[10][11].
9 июля 2023 года коллаборация Muon g-2 завершила наработку экспериментальных данных, продолжавшуюся шесть лет[12]. Первые результаты, полученные после обработки данных первого года работы, были опубликованы 7 апреля 2021 года[13]. Учёные сообщили, что результаты исследований мюонов отличаются от предсказаний Стандартной модели и, соответственно, могут потребовать пересмотра существующей модели элементарных частиц[14][8]. Результаты первых трёх лет сбора данных коллаборация опубликовала в августе 2023 года. Ожидается, что окончательные результаты, основанные на статистике за полные шесть лет измерений, будут представлены в 2025 году[12].
Первый эксперимент Muon g − 2 стартовал в ЦЕРНе в 1957 году по инициативе Л. Ледермана[15][16][17]. Группа из шести физиков организовала проведение этого опыта на синхроциклотроне в ЦЕРНе. Опубликованные в 1960 году первые результаты согласовались с теоретическим значением в пределах 10 % точности. Этот вклад согласовался также с вычисленным Д. Швингером вкладом в гиромагнитное отношение для электрона флуктуаций вакуума в квантовой электродинамике[17]. g-фактор принято записывать в виде , где 2 — значение, предсказанное для дираковского фермиона, a — аномальный магнитный момент[6]. Оказалось, что для лёгкого электрона теория хорошо согласуется с экспериментом, но для более тяжёлого мюона, вклад других взаимодействий в значение g-фактора увеличен в 43000 раз. Поэтому точное измерение этого параметра позволяет исследовать даже неизвестные взаимодействия за пределами Стандартной модели[17]. Последующие эксперименты (CERN I) подтвердили предсказания квантовой электродинамики с точностью 0,4 %[18][19].
