Η ανωμαλία του spin του μιονίου για να εξηγηθεί μπορεί να απαιτήσει μια Νέα Φυσική.

Από σελίδα του UniSci 7-Μαρτίου-2001

Μια μεγάλης ακρίβειας μέτρηση της ανωμαλίας του spin του μιονίου έχει παρουσιάσει μια βασανιστική απόκλιση με το Καθιερωμένο Πρότυπο της Φυσικής Σωματιδίων που μπορεί να απαιτήσει μια νέα φυσική για να εξηγηθεί, είπαν οι ερευνητές του Πανεπιστήμιου του Ιλλινόις, που συμμετείχαν στο πείραμα.

Τα πιό πρόσφατα συμπεράσματα υπαινίσσονται την ύπαρξη πρόσθετων στοιχειωδών σωματιδίων, μεγαλύτερης μάζας,  που θα μπορούσαν να παραχθούν στους  ισχυρότερους επιταχυντές του κόσμου, όπως ο Συγκρουστής Tevatron στο Fermi National Accelerator Laborator ή τον μεγάλο Συγκρουστή Αδρονίων στο Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN).

Το πείραμα του μιονίου  -- που αναφέρεται σαν  "g-2" -- εκτελέσθηκε στο Αμερικανικό τμήμα ενέργειας του Εθνικού Εργαστηρίου Brookhaven στην  Νέα Υόρκη, με περισσότερους από 67 επιστήμονες από 11 ιδρύματα στις Ηνωμένες Πολιτείες, τη Ρωσία, την Ιαπωνία και τη Γερμανία οι οποίοι συμμετείχαν στο πείραμα.

Οι ερευνητές σχεδίασαν και κατασκεύασαν τους ανιχνευτές και άλλα βασικά όργανα που χρησιμοποιούνται στο πείραμα. Διαμόρφωσαν επίσης μια ομάδα από δύο ανεξάρτητες υποομάδες που παρήγαγαν τα στοιχεία και μια ομάδα αποτελούμενη από τέσσερις ανεξάρτητες υποομάδες που εκτέλεσαν την ανάλυση των δεδομένων. Οι επιστήμονες συνέλεξαν τα στοιχεία από περισσότερα από 1 δισεκατομμύρια γεγονότα διασπάσεων των μιονίων.

"Όπως ο ελαφρύς εξάδελφός του, το ηλεκτρόνιο, το μιόνιο κατέχει μια ιδιότητα που καλείται spin και το οποίο περιστρέφεται σε ένα μαγνητικό πεδίο όπως μια σβούρα" είπε ο David Hertzog,  ένας καθηγητής της Φυσικής ο οποίος συνεργάζεται στο πείραμα g-2. "Μετρώντας την ανωμαλία του spin των μιονίων -- δηλαδή το ρυθμό με τον οποίο το spin του μιονίου   αλλάζει κατεύθυνση σε σύγκριση με τον ρυθμό με τον οποίο το μιόνιο περιστρέφεται -- και συγκρίνοντας έπειτα ό,τι βρήκαμε με τις προβλέψεις της θεωρίας, μας παρέχεται μια πολύ ευαίσθητη δοκιμή του Καθιερωμένου Προτύπου. "

Το Καθιερωμένο Πρότυπο συνδέει μαζί τρεις από τις τέσσερις γνωστές δυνάμεις που γνωρίζουμε ότι υπάρχουν -- την ισχυρή δύναμη, την ηλεκτρομαγνητική δύναμη και την ασθενή δύναμη. Η βαρύτητα -- η τέταρτη δύναμη -- δεν έχει ενσωματωθεί ακόμα στο πρότυπο. Παρά τα άριστα αποτελέσματα που δίνει σε πολλά θέματα, οι περισσότεροι φυσικοί αισθάνονται ότι είναι ένα ελλειπές μοντέλο.

"Οι τρέχουσες προσπάθειες στους παγκόσμιους συγκρουστές των ατόμων περιλαμβάνουν πειράματα που σχεδιάζονται για την αναζήτηση των στοιχείων της "Νέας Φυσικής" που υπερβαίνει το Καθιερωμένο Πρότυπο," είπε ο Hertzog "Τέτοια νέα φυσική μπορεί να αποκαταστήσει τη συμμετρία που αισθανόμαστε ότι λείπει από το Καθιερωμένο Πρότυπο και να βοηθήσει στην εξήγηση,  γιατί απαιτούνται τόσες πολλές αυθαίρετες παράμετροι  στην τρέχουσα έκδοση αυτής της θεωρίας."

Μέχρι σήμερα, αυτές οι αναζητήσεις έχουν αποβεί άκαρπες. Αλλά η κατάσταση αυτή μπορεί τώρα να έχει αλλάξει, είπε ο Paul Debevec, ένας άλλος φυσικός του Πανεπιστημίου Ιλλινόις που συμμετέχει στο πείραμα.

"Η απόκλιση μεταξύ του δικού μας αποτελέσματος στο g-2, και η πρόβλεψη του Καθιερωμένου Προτύπου  μπορεί να δηλώνει ότι η Νέα Φυσική πρέπει να τροποποιήσει τη θεωρία."

Μια δυνατότητα είναι η υπερσυμμετρία, η οποία προβλέπει έναν (partner) συνεργάτη για κάθε γνωστό σωματίδιο. Μια άλλη δυνατότητα είναι να μην είναι το μιόνιο στοιχειώδες σωμάτιο, αλλά να αποτελείται από μικρότερα σωματίδια. Οι συνεργάτες του g-2 αναλύουν τώρα ένα πρόσθετο σύνολο στοιχείων που έχει τέσσερις φορές περισσότερα γεγονότα διάσπασης μιονίων.

"Η ανάλυση αυτών των δεδομένων θα μειώσει περαιτέρω την αβεβαιότητα στη μέτρησή μας," είπε ο Debevec.

Το ντοκουμέντο που τεκμηριώνει τα τρέχοντα αποτελέσματα έχει υποβληθεί στο Physicsl Rewiew Letters