Scientific.ru
Новости науки
05.08.02. Новости про аномальный магнитный момент мюона.

На днях коллаборация Muon g–2 обнародовала новые данные по аномальному магнитному моменту мюона - величине, несущей в себе множество потенциальных открытий. Точность новых данных в два раза лучше прошлогодней, и потому расхождение с теоретически предсказываемым значением вновь стало статистически значимым. Помня, однако, о несостоявшемся открытии в прошлом году, попытаемся сейчас трезво оценить ситуацию.

Напоним вкратце историю с измерением аномального магнитного момента мюона. Как я писал в заметке "Аномальный магнитный момент мюона: физика за пределами Стандартной Модели?", в современной экспериментальной физике элементарных частиц есть две основных возможности "прорыва" в понимании Природы. Первая возможность – это путь высоких энергий, вторая – это путь сверхточных измерений. Опыты с аномальным магнитным моментом мюона – как раз характерный пример второго пути.

Год назад в печати появились результаты измерения аномального магнитного момента мюона коллаборацией Muon (g-2) в Брукхэвене. Поученные в том эксперименте значения величины amu = (g–2)/2 отличались от теоретических предсказаний того времени на 2.6 стандартных отклонения. Об этом эксперименте мы писали в заметке "Аномальный магнитный момент мюона: слово за теоретиками". Это отличие было воспринято "на ура" приверженцами разнообразных теорий вне Стандартной Модели, и в первые месяцы после опубликования статьи появилось около сотни работ, объясняющих наблюдаемое отличие той или иной "Новой Физикой".

Однако через полгода выяснилось, что в теоретическом предсказании величины amu вкралась арифметическая ошибка, читайте об этом заметку "Теорфизика для малышей-8: что может натворить потерянный знак минус". Проведенные заново вычисления дали результат заметно ближе к экспериментальному значению, и все разговоры о первом наблюдении физики вне Стандартной Модели угасли.

  n051101
Рис.1 Экспериментальные значения (черные точки) и теоретические предсказания Стандартной Модели (светлые кружки) аномального магнитного момента мюона.
 

И вот недавно коллаборация Muon (g–2) опубликовала новые результаты [1]:

    amu(exp) = 11 659 203(8) * 10–10
Точность представленного значения аномального магнитного момента мюона улучшилась в два раза (0.7 ppm против 1.3 ppm в прошлом году). При этом "центральное" значение amu осталось там же, где и раньше. Таким образом, теперь выходит, что расхождение между теорией и экспериментом вновь возросло до 2-3 стандартных отклонений.

Но все ли тут так просто? Взгляните на Рис.1. Здесь черными кружками представлены все улучшающиеся результаты измерения аномального магнитного момента мюона за последние три года. Заметьте, что года обозначают не время публикации, а время набора данных. Так, точка, отмеченная как BNL1999, отвечает пршлогодней публикации, а BNL2000 -- новым данным.

Ниже, светлыми кружками отмечены предсказания аномального магнитного момента мюона, выполненные на основе Стандартной Модели, но в рамках разных теоретических подходов. Для численного сравнения приводятся результаты двух "крайних" вычислений:

    amu(SM) = 11 659 177(7) * 10-10
    amu(SM) = 11 659 186(8) * 10-10

Если, таким образом, взять и просто сравнивать экспериментальный результат с этими теоретическими значениями, то мы получим от 1.6 до 2.6 стандартных отклонений.

На самом, такой разброс теоретических предсказаний означает, что им необходимо приписать дополнительную, "систематическую" погрешность. Она будет означать расхождение между предсказаниями, выполненными в рамках разных теоретических подходах. Давайте попробуем это сделать. Возьмем два указанных предсказания и объединим их в одно. Получится что-то типа 11 659 182(10) * 10-10. Отличие этого предсказания от экспериментального значения состовит уже 21(13) * 10-10, то есть, около полутора стандартных отклонения. Таким образом, сейчас ни в коей мере нельзя говорить о том, что новые измерения возродили былое разногласие между теорий и экспериментом.

Итак, подведем вывод. Экспериментальная точность улучшилась вдвое, однако точность теоретические предсказаний продолжает оставаться плохой. Связано это не только с неспособностью вычислять совсем уж высокие порядки теории возмущений, но и с некоторой несостыковкой различных теоретических подходов. Оба этих момента привносят свои погрешности в теоретически предсказываемое значение amu. И если первый источник ошибок еще можно преодолеть, то для устранение второго необходимо строить полную теорию сильных взаимодействий, а это задача совсем не на один год. Поэтому, ни сейчас, ни в ближайшее время не ожидать считать, что измерения аномального магнитного момента мюона приведет к четкому и однозначному открытию физики вне Стандартной Модели. Впрочем, сторонников новых теорий это не останавливает: уже сейчас появляются теоретические статьи, авторы которых готовы биться и за полутора-сигмовый сигнал. Словно и не было прошлогодней истории.

Ссылки:
[1] G.W. Bennett, et al., Muon g-2 Collaboration, "Measurement of the Positive Muon Anomalous Magnetic Moment to 0.7 ppm", hep-ex/0208001. Пока что там проблемы с PostScript-версией, но будем надеяться, что она будет преодолена. LaTeX файл (добываемый по ссылке scr) вполне работает.

Игорь Иванов

Обсудить на форуме

На главную страницу