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7 avril 2021

par Pennsylvania State University

Une nouvelle estimation de la force du champ magnétique autour du muon – une particule sous-atomique semblable à un électron, mais plus lourde que celle-ci – comble le fossé entre la théorie et les mesures expérimentales, en l’alignant sur le modèle standard qui a guidé la physique des particules pendant des décennies

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Un article décrivant les recherches d’une équipe internationale de scientifiques paraît le 8 avril 2021 dans la revue Nature

Il y a vingt ans, lors d’une expérience au Brookhaven National Laboratory, des physiciens ont détecté ce qui semblait être un écart entre les mesures du “moment magnétique” du muon – la force de son champ magnétique – et les calculs théoriques de ce que devrait être cette mesure, soulevant la possibilité alléchante de particules ou de forces physiques encore inconnues La nouvelle découverte réduit cette divergence, suggérant que le magnétisme du muon n’est probablement pas mystérieux du tout Pour atteindre ce résultat, au lieu de se fier à des données expérimentales, les chercheurs ont simulé tous les aspects de leurs calculs à partir de zéro – une tâche nécessitant une puissance de calcul intensif massive.

“La plupart des phénomènes de la nature peuvent être expliqués par ce que nous appelons le” modèle standard “de la physique des particules”, a déclaré Zoltan Fodor, professeur de physique à Penn State et chef de l’équipe de recherche. “Nous pouvons prédire les propriétés des particules de manière extrêmement précise en nous basant uniquement sur cette théorie, donc lorsque la théorie et l’expérience ne correspondent pas, nous pouvons être excités à l’idée d’avoir trouvé quelque chose de nouveau, quelque chose qui dépasse le modèle standard”

Pour une découverte d’une nouvelle physique au-delà du modèle standard, les physiciens s’entendent pour dire que le désaccord entre la théorie et la mesure doit atteindre cinq sigma – une mesure statistique qui équivaut à une probabilité d’environ 1 sur 35 millions

Dans le cas du muon, les mesures de son champ magnétique se sont écartées des prévisions théoriques existantes d’environ 37 sigma Intrigant, mais pas suffisant pour déclarer une découverte d’une nouvelle rupture dans les règles de la physique Ainsi, les chercheurs ont entrepris d’améliorer à la fois les mesures et la théorie dans l’espoir de concilier théorie et mesure ou d’augmenter le sigma à un niveau qui permettrait la déclaration d’une découverte d’une nouvelle physique.

“La théorie existante pour estimer la force du champ magnétique du muon reposait sur des mesures expérimentales d’annihilation électron-positon”, a déclaré Fodor “Afin d’avoir une autre approche, nous avons utilisé une théorie entièrement vérifiée qui était complètement indépendante de la dépendance à des mesures expérimentales. Nous avons commencé avec des équations assez basiques et avons construit toute l’estimation à partir de zéro”

Les nouveaux calculs ont nécessité des centaines de millions d’heures de processeur dans plusieurs centres de supercalculateurs en Europe et ramènent la théorie à la mesure. Cependant, l’histoire n’est pas encore terminée De nouvelles mesures expérimentales plus précises du moment magnétique du muon sont attendues prochainement

“Si nos calculs sont corrects et que les nouvelles mesures ne changent pas l’histoire, il semble que nous n’avons pas besoin de nouvelle physique pour expliquer le moment magnétique du muon – il suit les règles du modèle standard”, a déclaré Fodor «Bien que la perspective d’une nouvelle physique soit toujours séduisante, il est également passionnant de voir la théorie et l’expérience s’aligner Il démontre la profondeur de notre compréhension et ouvre de nouvelles opportunités d’exploration”

“Notre résultat devrait être recoupé par d’autres groupes et nous les anticipons”, a déclaré Fodor “De plus, notre découverte signifie qu’il existe une tension entre les résultats théoriques précédents et nos nouveaux Cet écart doit être compris De plus, les nouveaux résultats expérimentaux peuvent être proches des anciens ou plus proches des calculs théoriques précédents Nous avons de nombreuses années d’excitation devant nous”

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Physique, Laboratoire Fermi, Muon, Muon g-2, Physique au-delà du modèle standard

Actualités – États-Unis – Une nouvelle estimation de l’intensité du champ magnétique du muon s’aligne sur le modèle standard de la physique des particules

Source: https://phys.org/news/2021-04-strength-muon-magnetic-field-aligns.html

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