Gli scienziati hanno appena rivelato nuove scoperte da un esperimento chiamato Muon g-2, progettato per dare risposte a una strana discrepanza tra previsioni teoriche e test reali e aspettative teoriche di 20 anni fa, secondo un comunicato stampa del Fermilab del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.
Dopo decenni di speculazioni, un esperimento del Fermilab che mostra una discrepanza inspiegabile dal Modello Standard è stato portato a un livello di confidenza di 4,2 sigma, il che significa che ha una probabilità di 1 su 40.000 di essere una stranezza statistica, dando più forza alla preoccupazione che qualche particella inspiegabile oppure una forza sconosciuta possa essere responsabile dell’eccessiva oscillazione dei muoni non prevista dalla fisica teorica delle particelle.
L’esperimento muon g-2 del Fermilab ha rivelato che qualcosa di strano sta accadendo alla realtà.
“Oggi è un giorno straordinario, tanto atteso non solo da noi ma da tutta la comunità dei fisici internazionali”, ha detto Graziano Venanzoni, co-portavoce dell’esperimento Muon g-2, e fisico presso l’Istituto Nazionale Italiano per la Fisica Nucleare, in una dichiarazione dell’entità. “Un grande merito va ai nostri giovani ricercatori che, con il loro talento, idee ed entusiasmo, ci hanno permesso di raggiungere questo incredibile risultato”.
L’esperimento del Fermilab coinvolge particelle chiamate muoni, che sono molto simili agli elettroni ma dotati di una massa 200 volte maggiore. Sia gli elettroni che i muoni hanno campi magnetici in grado di rivelare informazioni nuove e fondamentali sulla fisica delle particelle – e quindi sull’universo stesso.
Per decenni, gli scienziati hanno lavorato per costruire una teoria praticabile nella fisica delle particelle chiamata Modello Standard, in grado di spiegare molte delle forze e delle interazioni che determinano il movimento e il comportamento della materia sulle scale più piccole. Ma, a volte, compaiono divari tra i risultati sperimentali e il modello standard.
Quando gli scienziati introducono i muoni in un campo magnetico esterno, il magnete interno dei muoni inizia a “oscillare”, come spiega il Modello Standard. Ma un esperimento del 2001 del Dipartimento dell’Energia (DOE) Brookhaven National Laboratory (BNL) ha dimostrato che il magnete di un muone oscilla molto più di quanto previsto dalla teoria, il che ha suggerito la possibilità che una nuova particella o forza operi dietro le quinte e creando questo imprevisto. proprietà.
Per molto tempo, i risultati del BNL hanno mantenuto un margine di errore di circa tre standard di deviazione, chiamata variazione “tre sigma” dalle previsioni teoriche . Affinché una scoperta si qualifichi come una svolta valida, gli scienziati cercano un livello di deviazione di cinque sigma, il che significa che i risultati hanno una possibilità su 3,5 milioni di derivare da un errore, invece che da una scoperta praticabile.
I supercomputer aiutano gli scienziati a sondare le risposte del modello standard
Il nuovo esperimento BNL serve come doppia conferma dell’anomalia stessa e per aumentare il livello di confidenza dei risultati a 4,2 sigma, il che significa che le probabilità che la discrepanza sia un errore statistico sono circa 1 su 40.000.
Anche se questo risultato non è abbastanza forte per convalidare completamente l’osservazione, dal momento che non ha superato la soglia dei cinque sigma, dà credito al consenso sul fatto che qualcosa di strano e ancora ignoto stia influenzando il campo magnetico dei muoni. Qualcosa al di là del modello standard.
Un altro articolo pubblicato sulla rivista Nature suggerisce che il comportamento magnetico del muone funziona ancora con il modello standard, il che significherebbe che non abbiamo bisogno di una nuova fisica per spiegare l’eccesso di oscillazione.
Questo studio ha un approccio diverso rispetto al Fermilab, basando calcoli teorici attraverso supercomputer sparsi per il continente europeo, invece di risultati empirici.
Sia che la risposta risieda nella teoria o nella sperimentazione, entrambe le teorie necessitano di più lavoro per chiarire cosa fa il muone e come questo influisca sulla nostra comprensione scientifica dell’universo fisico. Questo è il motivo per cui il team del Fermilab ha sottolineato la fase iniziale del loro esperimento Muon g-2, con dati di maggiore precisione che dovrebbero arrivare nei prossimi anni.
“Finora abbiamo analizzato meno del 6% dei dati che l’esperimento alla fine raccoglierà”, ha detto il co-portavoce Chris Polly dell’esperimento BNL Muon g-2, nella dichiarazione del Fermilab del DOE. “Anche se questi primi risultati ci dicono che c’è una differenza interessante con il modello standard, impareremo molto di più nei prossimi due anni”.
La fisica delle particelle è in continua evoluzione e descrivere il mondo profondamente minuscolo di muoni ed elettroni con probabilità controllate statisticamente rende la nostra comprensione di esso un processo lento e metodico.
Abbiamo raggiunto un livello dell’universo in cui lo studio empirico è difficile quanto il lavoro di matematica, con il primo che richiede macchinari costosi come il CERN e il Fermilab e il secondo che si spinge nel regno dei supercomputer.
E i prossimi anni vedranno la scienza spingersi ancora oltre il mondo ordinario dei sensi umani di quanto la maggior parte di noi possa immaginare.