Muon g-2 должен был переписать законы Вселенной. А в итоге укрепил их до последнего знака. Что пошло не так?
NewsMakerОни калибровали винтики, гоняли мюоны по кольцу, охотились за привидением — но призрак новой физики не явился.
В одном из самых ожидаемых финалов современной экспериментальной физики поставлена жирная точка. Учёные международной коллаборации Muon g-2, работающей на базе американской лаборатории Fermilab, опубликовали окончательное значение магнитного аномального момента мюона — параметра, по которому физики вот уже десятилетия пытаются поймать «новую физику». Итог не только подтвердил предыдущие измерения 2021 и 2023 годов, но и продемонстрировал точность, превысившую изначальные амбиции проекта: 127 частей на миллиард при запланированных 140.
Речь идёт об эффекте, связанном с квантово-механическим поведением мюона — тяжёлого родственника электрона, обладающего так называемым спином , который в магнитном поле начинает прецессировать, словно юла. Скорость этой прецессии зависит от g-фактора — характеристики, предсказываемой Стандартной моделью, но с одной оговоркой. Ещё в прошлом веке выяснилось, что реальное значение g немного отклоняется от теоретического «2». Именно это отклонение и называется магнитной аномалией — (g−2)/2, и именно его Muon g-2 измеряет.
Мюон интересует физиков тем, что его аномалия чувствительна ко всем возможным частицам и взаимодействиям, включая те, которые ещё не открыты. Даже крошечное несоответствие между экспериментом и предсказаниями может указывать на что-то принципиально новое. Именно поэтому в конце 1990-х в Брукхейвенской лаборатории (BNL) был зафиксирован намёк на такую аномалию — и с тех пор десятки исследователей пытались перепроверить это значение с большей точностью.
В 2013 году из Брукхейвена в Фермилабу перевезли массивное кольцо магнитного накопителя, чтобы построить более совершенную версию установки. Новый эксперимент стартовал 31 мая 2017 года и за последующие шесть лет прошёл через серию усовершенствований: улучшили качество пучка мюонов, снизили систематические ошибки и откалибровали каждый элемент установки до последнего винтика.
Финальный результат, опубликованный 3 июня 2025 года, основан на анализе наиболее качественных данных — собранных с 2021 по 2023 год. За счёт доработок, проведённых в 2023-м, исследователи добились минимального уровня неопределённости: статистическая ошибка составила всего 114 частей на триллион, а систематическая — 91. Это более чем в три раза увеличило объём информации по сравнению с результатом 2023 года.
Окончательное значение магнитной аномалии составило
aμ = 0.001165920705 ± 0.000000000114 (стат.) ± 0.000000000091 (сист.)
Именно эта цифра, вероятно, останется мировым эталоном на долгие годы.
Тем временем теоретики тоже не сидели сложа руки. Параллельно с экспериментом развивалась инициатива Muon g-2 Theory Initiative — международный проект, цель которого заключалась в уточнении предсказаний Стандартной модели. В 2020 году группа выпустила обновлённое значение, основанное на данных других экспериментов. Однако вскоре появилось второе теоретическое значение, полученное через численное моделирование с использованием суперкомпьютеров. Оно оказалось ближе к экспериментальным результатам и значительно сузило расхождение.
Последняя теоретическая работа, в которой объединили оба подхода, подтвердила, что первоначальный намёк на « новую физику » стал менее убедительным. Но разница между численным и эмпирическим подходами пока не исчезла окончательно — работа по её устранению продолжается.
Таким образом, вместо разрушения старой парадигмы Стандартная модель получила жёсткое, почти бескомпромиссное подтверждение. Хотя многие физики надеялись на расхождение, которое укажет путь за пределы известной теории, природа вновь оказалась более консервативной, чем предполагалось.
Уникальность Muon g-2 — не только в точности, но и в способе организации работы. В состав коллаборации вошли 176 специалистов из 34 научных учреждений, включая команды из США, Италии, Японии и других стран. Примечательно, что в отличие от типичных экспериментов высоких энергий, здесь трудились не только физики-теоретики и экспериментаторы, но и специалисты по ускорителям, атомной и ядерной физике. Такое разнообразие компетенций оказалось ключом к успешному решению всех технических задач.
Как отметили координаторы проекта, некоторые инженерные и аналитические проблемы удалось решить только благодаря объединению специалистов, которые в других условиях, возможно, никогда бы не оказались в одной лаборатории .
Хотя основная цель достигнута и анализ завершён, собранный массив данных ещё долго будет использоваться. В ближайшие годы Muon g-2 планирует выпустить новые результаты — например, по электрическому дипольному моменту мюона и проверке фундаментального принципа симметрии заряд-парность-время (CPT).
Пока японский ускорительный комплекс J-PARC только готовится к проведению нового измерения аномального момента мюона в 2030-х годах, эксперименты Fermilab останутся золотым стандартом в этой области.
Для многих участников проект стал не просто научным вызовом, но и частью жизни. Один из координаторов, работающий в проекте с 2011 года, признался, что закрытие эксперимента вызывает сложные чувства — с одной стороны, грусть от завершения, с другой — радость от результатов и желание двигаться дальше.
Но вне зависимости от дальнейших направлений, Muon g-2 уже вошёл в учебники. И, похоже, останется в них ещё надолго — как один из самых точных и поучительных экспериментов современной физики.
В одном из самых ожидаемых финалов современной экспериментальной физики поставлена жирная точка. Учёные международной коллаборации Muon g-2, работающей на базе американской лаборатории Fermilab, опубликовали окончательное значение магнитного аномального момента мюона — параметра, по которому физики вот уже десятилетия пытаются поймать «новую физику». Итог не только подтвердил предыдущие измерения 2021 и 2023 годов, но и продемонстрировал точность, превысившую изначальные амбиции проекта: 127 частей на миллиард при запланированных 140.
Речь идёт об эффекте, связанном с квантово-механическим поведением мюона — тяжёлого родственника электрона, обладающего так называемым спином , который в магнитном поле начинает прецессировать, словно юла. Скорость этой прецессии зависит от g-фактора — характеристики, предсказываемой Стандартной моделью, но с одной оговоркой. Ещё в прошлом веке выяснилось, что реальное значение g немного отклоняется от теоретического «2». Именно это отклонение и называется магнитной аномалией — (g−2)/2, и именно его Muon g-2 измеряет.
Мюон интересует физиков тем, что его аномалия чувствительна ко всем возможным частицам и взаимодействиям, включая те, которые ещё не открыты. Даже крошечное несоответствие между экспериментом и предсказаниями может указывать на что-то принципиально новое. Именно поэтому в конце 1990-х в Брукхейвенской лаборатории (BNL) был зафиксирован намёк на такую аномалию — и с тех пор десятки исследователей пытались перепроверить это значение с большей точностью.
В 2013 году из Брукхейвена в Фермилабу перевезли массивное кольцо магнитного накопителя, чтобы построить более совершенную версию установки. Новый эксперимент стартовал 31 мая 2017 года и за последующие шесть лет прошёл через серию усовершенствований: улучшили качество пучка мюонов, снизили систематические ошибки и откалибровали каждый элемент установки до последнего винтика.
Финальный результат, опубликованный 3 июня 2025 года, основан на анализе наиболее качественных данных — собранных с 2021 по 2023 год. За счёт доработок, проведённых в 2023-м, исследователи добились минимального уровня неопределённости: статистическая ошибка составила всего 114 частей на триллион, а систематическая — 91. Это более чем в три раза увеличило объём информации по сравнению с результатом 2023 года.
Окончательное значение магнитной аномалии составило
aμ = 0.001165920705 ± 0.000000000114 (стат.) ± 0.000000000091 (сист.)
Именно эта цифра, вероятно, останется мировым эталоном на долгие годы.
Тем временем теоретики тоже не сидели сложа руки. Параллельно с экспериментом развивалась инициатива Muon g-2 Theory Initiative — международный проект, цель которого заключалась в уточнении предсказаний Стандартной модели. В 2020 году группа выпустила обновлённое значение, основанное на данных других экспериментов. Однако вскоре появилось второе теоретическое значение, полученное через численное моделирование с использованием суперкомпьютеров. Оно оказалось ближе к экспериментальным результатам и значительно сузило расхождение.
Последняя теоретическая работа, в которой объединили оба подхода, подтвердила, что первоначальный намёк на « новую физику » стал менее убедительным. Но разница между численным и эмпирическим подходами пока не исчезла окончательно — работа по её устранению продолжается.
Таким образом, вместо разрушения старой парадигмы Стандартная модель получила жёсткое, почти бескомпромиссное подтверждение. Хотя многие физики надеялись на расхождение, которое укажет путь за пределы известной теории, природа вновь оказалась более консервативной, чем предполагалось.
Уникальность Muon g-2 — не только в точности, но и в способе организации работы. В состав коллаборации вошли 176 специалистов из 34 научных учреждений, включая команды из США, Италии, Японии и других стран. Примечательно, что в отличие от типичных экспериментов высоких энергий, здесь трудились не только физики-теоретики и экспериментаторы, но и специалисты по ускорителям, атомной и ядерной физике. Такое разнообразие компетенций оказалось ключом к успешному решению всех технических задач.
Как отметили координаторы проекта, некоторые инженерные и аналитические проблемы удалось решить только благодаря объединению специалистов, которые в других условиях, возможно, никогда бы не оказались в одной лаборатории .
Хотя основная цель достигнута и анализ завершён, собранный массив данных ещё долго будет использоваться. В ближайшие годы Muon g-2 планирует выпустить новые результаты — например, по электрическому дипольному моменту мюона и проверке фундаментального принципа симметрии заряд-парность-время (CPT).
Пока японский ускорительный комплекс J-PARC только готовится к проведению нового измерения аномального момента мюона в 2030-х годах, эксперименты Fermilab останутся золотым стандартом в этой области.
Для многих участников проект стал не просто научным вызовом, но и частью жизни. Один из координаторов, работающий в проекте с 2011 года, признался, что закрытие эксперимента вызывает сложные чувства — с одной стороны, грусть от завершения, с другой — радость от результатов и желание двигаться дальше.
Но вне зависимости от дальнейших направлений, Muon g-2 уже вошёл в учебники. И, похоже, останется в них ещё надолго — как один из самых точных и поучительных экспериментов современной физики.