Annons

Ett gyroskop balanserar på en liten hållare.

Myonens rörelse i ett magnetfält kan jämföras med ett gyroskop. Ett gyroskop som snurrar hastigt kommer inte att falla om det lutar lite, som på bilden. I stället kommer rotationsaxeln att röra sig runt lodlinjen. Det kallas för precession. Motsvarande effekt finns på myonen, och används för att mäta dess magnetiska moment.

Bild: 
Jordi Payà Canals/Getty

Myonens mystiska magnetism ger hopp om ny fysik

En ny mätning tyder på att myonen – elektronens tyngre kusin – har en egenskap som inte stämmer med teoretiska beräkningar. Om resultatet visar sig hålla kan det öppna för en utvidgning av partikelfysiken.

Annons

Publicerad:

2021-04-09

I ett experiment vid Fermilab i USA har forskare lyckats bekräfta en tjugo år gammal mätning som kanske pekar på en lucka i partikelfysikens standardmodell. Det man mätt är en egenskap hos myonen, en tyngre och instabil version av den vanliga elektronen. Egenskapen kallas för magnetiskt moment, och får myonen att vrida sig runt magnetiska fältlinjer.

Det magnetiska momentet beskrivs av ett tal, g, som enligt en enklare form av kvantmekanisk beräkning ska bli exakt 2. Den mer avancerade kvantfältteorin hanterar effekter som ändrar det värdet lite.

– Myonens magnetiska moment påverkas av alla partiklar vi känner till, och kanske av partiklar vi inte känner till. Det gäller att bestämma värdet så precist som möjligt och se om det stämmer överens med experiment, säger Johan Bijnens, professor i teoretisk partikelfysik vid Lunds universitet.

Hopp om okänd fysik

Johan Bijnens har själv arbetat mycket med beräkningar av myonens magnetiska moment. Även med de bästa beräkningarna av kvantkorrektionerna finns det en skillnad mellan det teoretiska och experimentella värdet på g. Det kan tyda på ny och ännu okänd fysik.

Alla elementarpartiklar och de olika typerna av växelverkan mellan dem beskrivs av partikelfysikens standardmodell, som har hållit mycket väl för oräkneliga tester. Hur bra den än är tycks modellen ändå ofullständig, och därför söker forskare efter effekter som inte passar in i den gällande teorin.

Diskrepansen i myonens magnetiska moment har hängt med fysiken länge. Ett tidigare experiment vid Brookhaven (den slutliga analysen publicerades 2006) tycktes avvika från det teoretiskt beräknade värdet. Resultatet var spännande, men inte tillräckligt tydligt för att avgöra frågan. Sedan dess har de teoretiska beräkningarna blivit bättre, men utan att närma sig det uppmätta värdet.

Mer statistik behövs

Det nya experimentet har minskat osäkerheterna, men ännu inte tillräckligt mycket för att forskare ska kunna säga säkert att de har upptäckt en verklig effekt. Partikelfysikens mätningar sållas fram ur stora mängder data, som kan påverkas av slumpmässigheter i experimentet – därför kräver man mycket stor säkerhet. Forskarna kommer att fortsätta mäta och samla data för att förbättra sitt resultat.

– Det kommer att bli fyra gånger noggrannare innan hela experimentet är slut, säger Johan Bijnens.

Möt universums spökpartiklar – neutrinerna

Neutriner utmanar partikelfysiken med sin massa och kan ge ledtrådar till universums okända gåtor.

2020-05-21

Forskning & Framsteg berättar om fackgranskade forskningsresultat och om pågående forskning. Våra texter ska vara balanserade och trovärdiga, och sätta forskningsresultaten i sitt sammanhang för att göra dem begripliga. Forskning & Framsteg har rapporterat om vetenskap sedan 1966.

Lägg till kommentar