Για τον προσδιορισμό της μαγνητικής ροπής, η ερευνητική ομάδα E821 περίμενε μέχρι το μιόνιο να διασπαστεί σε ένα ηλεκτρόνιο. Μια σειρά από ανιχνευτές τοποθετημένοι γύρω από το δακτύλιο της συσκευής μετρούσαν την ενέργεια και τη διαδρομή του ηλεκτρονίου. Από τις πληροφορίες αυτές, η ομάδα ήταν σε θέση να ενώσει μαζί το μέγεθος του σπιν των μιονίων και να υπολογίσετε τον συντελεστή g.
Το μιόνιο δημιουργεί το δικό του πεδίο εξ αιτίας του σπιν και του φορτίου του. Αν όμως εκεί κοντά αναδύονται άλλα σωματίδια από το κενό τότε επηρεάζουν το μαγνητικό πεδίο του μιονίου
Όταν η ομάδα E821 ολοκλήρωσε το πείραμα, τα μέλη της ήταν συγκλονισμένοι από αυτό που βρήκαν. ο παράγοντας g του μιονίου δεν ήταν κοντά στην τιμή που αναμενόταν από τη θεωρία. Στην πραγματικότητα, η τιμή ήταν τόσο εξωφρενικά διαφορετική που τους οδήγησε να υπολογίσουν μια 0,27% πιθανότητα το καθιερωμένο μοντέλο να ταιριάζει με την πραγματικότητα. Είτε το κανονικό μοντέλο είναι σωστό και η γνώση του παράγοντα g του μιονίου εντός του πλαισίου αυτού είναι ελλιπής, ή το καθιερωμένο πρότυπο είναι λάθος.
Το πείραμα E821 έγινε το 2001, αλλά το αποτέλεσμά του ακόμα και σήμερα συζητείται έντονα. Ο επιταχυντής LHC είναι 600 φορές μεγαλύτερος από ό,τι ο επιταχυντής των 14-μέτρων του E821, και 900 φορές πιο ισχυρός, αλλά το πείραμα E821 συνεχίζει να στέκεται πιο ψηλά. Δεν υπάρχει άλλη μέτρηση που να είναι σε τέτοια έντονη αντίθεση με το καθιερωμένο μοντέλο.
Γνωρίζοντας πόσο αιρετικά είναι ακόμα τα αποτελέσματα του E821, ο Ιταλός Massimo Passera στο Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής στην Πάντοβα, μαζί με τον William Marciano στο Brookhaven και τον Alberto Sirlin στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, εξέτασαν τη δυνατότητα ότι η θεωρητική πρόβλεψη του καθιερωμένου μοντέλου για τη μαγνητική ροπή του μιονίου να είχε υπολογισθεί λανθασμένα.
Από όλα τα πιθανά σωματίδια που μπορούν να επηρεάσουν, το λιγότερο κατανοητό είναι η συμβολή των αδρονίων – τα σωματίδια που αποτελούνται από κουάρκς. Ο Passera και οι συνάδελφοί του αναρωτήθηκαν τι θα συνέβαινε εάν αυξήσουν την επίδραση των αδρονίων για να φέρουν την θεωρητική μαγνητική ροπή του μιονίου σε συμφωνία με το πείραμα του E821.
Το πρόβλημα με – ή η ομορφιά της, ανάλογα με την άποψή σας – το καθιερωμένο μοντέλο είναι ότι δεν μπορείτε να κάνετε αλλαγές σε ένα μέρος χωρίς αυτές να επηρεάζουν άλλα μέρη. Έτσι, η αύξηση της επίδρασης των αδρονίων πάνω στην μαγνητική ροπή του μιονίου, αναγκάζει τη θεωρητική μάζα του μποζονίου W να μειωθεί. Ωστόσο, τη μάζα του μποζονίου W περιορίζεται αυστηρά από τα πειράματα, και έτσι πρέπει να αλλάξει κάτι άλλο για να εξηγήσει το αποτέλεσμα του E821.
Αυτό το κάτι άλλο είναι η μάζα του μποζονίου Higgs. Κανένα Higgs δεν εντοπίσαμε ποτέ έως τώρα, και δεν ξέρουμε τη μάζα του. Ωστόσο προηγούμενα πειράματα στο CERN έχουν αποκλείσει τιμές κάτω των 114 GeV ενώ το κανονικό μοντέλο δείχνει ότι είναι λιγότερο από 160 GeV.
Ο Passera μαζί με τους άλλους συνάδελφους του αναρωτήθηκε πώς επηρεάζουν οι διάφορες πιθανές μάζες Χιγκς την μαγνητική ροπή του μιονίου. Για να ταιριάζει με το αποτέλεσμα του E821, οι υπολογισμοί τους δείχνουν ότι η μάζα Higgs είναι πολύ χαμηλότερη από 114 GeV, η οποία έχει ήδη αποκλειστεί. Άρα αυτό δημιουργεί τη δυσάρεστη πιθανότητα ότι το καθιερωμένο μοντέλο είναι λάθος, εφ ‘όσον τα αποτελέσματα του πειράματος E821 είναι καλά.
Όμως, υπάρχουν και κάποια περιθώρια στους υπολογισμούς του Passera. Δείχνουν ότι το ανώτατο όριο για τη μάζα Higgs μπορεί να είναι 135 GeV. Αυτό πάλι φαίνεται δυσάρεστο, διότι περιορίζει το εύρος των πιθανοτήτων στο πλαίσιο του καθιερωμένου μοντέλου και αυτό σημαίνει ότι είναι πιο πιθανό να είναι λάθος.
Αλλά ότι είναι κακές ειδήσεις για το καθιερωμένο μοντέλο είναι καλή είδηση για τους φυσικούς που προσπαθούν να το ανακαινίσουν. Η διαφωνία μεταξύ των πειραματικών και θεωρητικών τιμών για τον παράγοντα g των μιονίων δείχνει ότι τα ως τώρα μη ανακαλυφθέντα σωματίδια είναι δυνατόν να συμβάλλουν, θολώνοντας τα πειραματικά νερά. Μεταξύ των πρωτοπόρων είναι τα υπερσυμμετρικά σωματίδια – θεωρητικοί βαρέων βαρών εταίροι για κάθε ένα από τα γνωστά μας σωματίδια.
"Υπάρχουν υπερσυμμετρικές θεωρίες που θα μπορούσαν να εξηγήσουν αυτή την ασυμφωνία πολύ καλά”, λέει ο Passera.
Παρ όλα αυτά, οι φυσικοί έχουν περιορίσει τον ενθουσιασμό τους, μέχρι πιο ακριβείς μετρήσεις να επιβεβαιώσουν ή να απομυθοποιήσουν την διαφωνία μεταξύ θεωρίας και πειράματος.
Και εδώ εμφανίζονται οι David Kawall (Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης στο Amherst), και David Hertzog (Πανεπιστήμιο Urbana-Champaign του Illinois) με το πείραμα P989. Οι τελευταίοι έχουν σχέδια για να κάνουν το επόμενο πείραμα του παράγοντα g του μιονίου στο εργαστήριο Fermilab. Οι εγκαταστάσεις του επιταχυντής θα πρέπει να είναι σε θέση να δώσουν έξι φορές περισσότερα μιόνια από ό,τι χρησιμοποιούνται στο E821, ενώ ο δακτύλιος αποθήκευσης θα πρέπει να συμπληρώνεται τέσσερις φορές πιο συχνά. Αυτό σημαίνει ότι σε ένα μόλις χρόνο, το νέο πείραμα P989 θα μπορούσε να συγκεντρώσει 20-πλάσια δεδομένα, από το σύνολο του πειράματος E821, οπότε θα μειωθούν οι αβεβαιότητες σχετικά με τη μέτρηση. Διάφορες δε μελέτες έχουν διαπιστώσει ότι θα μπορούσαν να επιτύχουν την ακρίβεια που απαιτείται για να κάνουν τελικά μια οπή στο οικοδόμημα του καθιερωμένου μοντέλου.
Για να πάρει υψηλότερο αριθμό δεδομένων, η ομάδα του P989 θα χρειαστεί ολοκληρωτικά νέους ανιχνευτές για τα ηλεκτρόνια, αλλά άλλα τμήματα του πειράματος E821 θα ανακυκλωθούν. Για παράδειγμα ο ηλεκτρομαγνήτης του των 680 τόνων θα ταξιδέψει από το Upton στην Batavia με έναν συνδυασμό γερανού, φορτηγίδας και σιδηροδρόμων.
"Θα μπορούσε να είναι έτοιμο στα τέλη του 2014, ανάλογα με τη χρηματοδότηση”, υποστηρίζει ο Hertzog.
Ακολουθεί και 3ο μέρος
Leave a Comment