UPTON, NY (8 февраля 2001 г.) - Ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США в сотрудничестве с исследователями из 11 учреждений США, России, Японии и Германии объявили сегодня о результатах эксперимента. что прямо противоречит так называемой Стандартной модели физики элементарных частиц. «Эта работа может открыть совершенно новый мир исследований для физиков, заинтересованных в новых теориях, таких как суперсимметрия, которые расширяют Стандартную модель», - говорит физик Бостонского университета Ли Робертс, соавтор эксперимента.
Стандартная модель - это общая теория физики элементарных частиц, которая в течение 30 лет выдерживала жесткие экспериментальные испытания. Открытие Брукхейвена - точное измерение того, что называется аномальным магнитным моментом мюона, типа субатомной частицы - отличается от значения, предсказанного Стандартной моделью. Это указывает на то, что другие физические теории, выходящие за рамки предположений Стандартной модели, теперь могут быть открыты для экспериментального исследования. Результаты были представлены сегодня на специальном коллоквиуме в Брукхейвенской лаборатории и отправлены в Physical Review Letters.
Ученые из Брукхейвена, проводящие исследования в рамках эксперимента, получившего название мюон g-2 (произносится гии-минус-два), собирали данные с 1997 года. До конца прошлой недели они не знали, подтвердится ли их работа предсказания Стандартной модели. «Теперь мы на 99 процентов уверены, что нынешние расчеты Стандартной модели не могут описать наши данные», - говорит физик из Брукхейвена Джерри Банс, руководитель проекта эксперимента.
Стандартная модель, разрабатываемая с 1960-х годов, объясняет и упорядочивает весь зверинец субатомных частиц, обнаруженных в 1940-х и 1950-х годах на ускорителях частиц постоянно растущей мощности в Брукхейвене и других местах в США и Европе.. Теория охватывает три из четырех сил, существующих во Вселенной - сильное взаимодействие, электромагнитное взаимодействие и слабое взаимодействие - но не четвертое взаимодействие, гравитацию.
Значения g-2 для электронов и мюонов являются одними из наиболее точно известных величин в физике и хорошо согласуются со Стандартной моделью. Значение g-2 измеряет влияние сильных, слабых и электромагнитных сил на характеристику этих частиц, известную как «вращение» - чем-то похожее на вращение игрушечной волчки. Используя принципы Стандартной модели, теоретики с большой точностью рассчитали, как повлияет на вращение мюона, частицы, похожей на электрон, но более тяжелой, чем она, при ее движении через магнитное поле. Предыдущие экспериментальные измерения этого значения g-2 согласовывались с расчетами теоретиков, и это стало большим успехом Стандартной модели.
Ученые и инженеры из Брукхейвена, однако, используя очень интенсивный источник мюонов, самый большой в мире сверхпроводящий магнит и очень точные и чувствительные детекторы, измерили g-2 с гораздо более высоким уровнем точности. Новый результат численно больше, чем прогноз. «Похоже, существует значительная разница между нашим экспериментальным значением и теоретическим значением Стандартной модели», - говорит физик из Йельского университета Вернон Хьюз, который инициировал новое измерение и является одним из представителей эксперимента.
«Есть три возможности интерпретации этого результата», - говорит он. «Во-первых, наблюдается новая физика за пределами Стандартной модели, такая как суперсимметрия. Во-вторых, существует небольшая статистическая вероятность того, что экспериментальные и теоретические значения согласуются. В-третьих, хотя это и маловероятно, история науки в целом учит нас тому, что всегда есть возможность ошибок в экспериментах и теориях».
«Многие люди считают, что открытие суперсимметрии [теория, которая предсказывает существование частиц-компаньонов для всех известных частиц] может быть не за горами», - говорит Робертс. «Возможно, мы открыли первое крошечное окошко в тот мир».
Все физики согласны с тем, что необходимы дальнейшие исследования. И у них еще есть данные за год для анализа. «Когда мы проанализируем данные эксперимента 2000 года, мы уменьшим уровень ошибки в 2 раза», - говорит физик Уильям Морс, представитель G-2 в Брукхейвене. Команда ожидает, что анализ будет проведен в течение следующего года. Кроме того, добавляет Хьюз, существенные дополнительные данные, которые еще не использовались для оценки теоретического значения g-2, теперь доступны на ускорителях в России, Китае и в Корнельском университете. Эти данные могут значительно уменьшить ошибку теоретического значения.
Брукхейвенская национальная лаборатория Министерства энергетики США создает и управляет крупными объектами, доступными для университетского, промышленного и государственного персонала для фундаментальных и прикладных исследований в области физических, биомедицинских наук и наук об окружающей среде, а также в отдельных энергетических технологиях. Лаборатория находится в ведении Brookhaven Science Associates, некоммерческой компании по управлению исследованиями, работающей по контракту с Министерством энергетики США.