L’écart entre la prédiction théorique et la valeur expérimentalement déterminée du moment magnétique du muon est devenu légèrement plus fort avec un nouveau résultat du Laboratoire Fermi Mais qu’est-ce que cela signifie?

L’anomalie dite du muon, observée pour la première fois lors d’une expérience au Brookhaven National Laboratory en 2001, n’a pas bougé Pendant 20 years, ce léger écart entre la valeur calculée du moment magnétique du muon et celle déterminée expérimentalement s’est prolongé à une signification d’environ 37 sigma C’est un niveau de confiance de 9998 percent, soit environ une chance sur 4500 que l’écart soit une fluctuation aléatoire Avec les résultats récemment annoncés de l’expérience Muon g-2 au Laboratoire national de Fermi à Batavia, Ill, la signification est passée à 42 sigma C’est un niveau de confiance d’environ 99997 percent, soit environ une chance sur 40000 que l’écart observé soit une coïncidence À elle seule, la nouvelle mesure du Laboratoire Fermi n’a que 33 sigma importance, mais parce qu’elle reproduit la découverte antérieure de Brookhaven, la signification combinée est passée à 42 sigma Pourtant, ce dernier n’atteint pas le seuil de découverte de cinq sigma des physiciens des particules

Le résultat est attendu depuis longtemps en raison de son potentiel à briser définitivement le modèle standard de la physique des particules, une collection des constituants fondamentaux de la matière connus jusqu’à présent, en place depuis environ 50 years. Ce modèle contient actuellement quelques dizaines de particules, mais la plupart d’entre elles sont instables et ne peuvent donc pas être trouvées simplement en regardant la matière qui nous entoure normalement Les particules instables sont cependant produites naturellement lors d’événements hautement énergétiques, comme lorsque les rayons cosmiques frappent la haute atmosphère. Ils sont également fabriqués dans des collisions de particules créées en laboratoire, telles que celles utilisées dans les expériences du Laboratoire Fermi pour mesurer le moment magnétique du muon.

Le muon a été l’une des premières particules instables connues, sa découverte remontant à 1936 C’est une version plus lourde de l’électron, et comme cette dernière particule, elle est chargée électriquement Le muon a une durée de vie d’environ deux microsecondes Pour les physiciens des particules, c’est long, c’est pourquoi la particule se prête à des mesures de précision Le moment magnétique du muon détermine la vitesse à laquelle l’axe de spin de la particule tourne autour des lignes de champ magnétique Pour le mesurer au Laboratoire Fermi, les physiciens créent des muons et les maintiennent dans un cercle d’environ 15 mètres de diamètre avec de puissants aimants Les muons se désintègrent finalement, et à partir de la distribution des produits de désintégration, on peut déduire leur moment magnétique

Le résultat est généralement cité comme «g-2» or «g» est le moment magnétique Le «2» est inclus car la valeur est proche de deuxet dans les écarts par rapport à deux se trouvent les contributions quantiques qui intéressent les physiciens Ces contributions proviennent de fluctuations de vide qui contiennent toutes les particules, bien que sous forme virtuelle: elles n’apparaissent que brièvement avant de disparaître à nouveau Cela signifie que s’il y a plus de particules que celles du modèle standard, elles devraient contribuer au muon g-2d’où sa pertinence Un écart par rapport à la prédiction du modèle standard pourrait donc signifier qu’il y a plus de particules que celles qui sont actuellement connuesou qu’il y a une autre nouvelle physique, comme des dimensions supplémentaires de l’espace

So, comment pouvons-nous évaluer les 4Écart de 2 sigma entre la prédiction du modèle standard et la nouvelle mesure? First of all, il est utile de se rappeler la raison pour laquelle les physiciens des particules utilisent la norme des cinq sigma pour commencer La raison n’est pas tant que la physique des particules est en quelque sorte intrinsèquement plus précise que d’autres domaines de la science ou que les physiciens des particules sont tellement meilleurs pour faire des expériences. C’est avant tout que les physiciens des particules ont beaucoup de données Et plus vous avez de données, plus vous avez de chances de trouver des fluctuations aléatoires qui ressemblent par coïncidence à un signal Les physiciens des particules ont commencé à utiliser couramment le critère des cinq sigma au milieu des années 1990 pour se sauver de l’embarras d’avoir trop de «discoveries» qui se sont par la suite révélées être de simples fluctuations statistiques.

But of course, cinq sigma est une coupe entièrement arbitraire, et les physiciens des particules discutent également des anomalies bien en dessous de cette limite En effet, pas mal d’anomalies à trois et quatre sigma sont apparues et disparues au fil des ans Le boson de Higgs, for example, a déjà été «discovered» in 1996, lorsqu’un signal d’environ quatre sigma est apparu au Grand collisionneur électron-positon (LEP) au CERN près de Genèvepuis a disparu à nouveau. (Le Higgs a été détecté de manière concluante en 2012 par le successeur du LEP, le Large Hadron Collider, ou LHC) Toujours en 1996, des sous-structures de quarks ont été trouvées à environ trois sigma Eux aussi ont disparu

In 2003, des signes de supersymétrieune extension conjecturée du modèle standard qui introduit de nouvelles particulesont été observés au LEP, également à environ trois sigma Mais bientôt ils étaient partis Au LHC en 2015, nous avons vu l’anomalie du diphoton, qui persistait autour de quatre sigma avant de disparaître Il y a également eu quelques découvertes étonnantes de six sigma qui n’ont pas été confirmées, like the «superjets» of 1998 au Tevatron du Laboratoire Fermi (même maintenant, personne ne sait vraiment ce qu’ils étaient) ou l’observation de pentaquark de 2004 à l’époque de l’hydrogène du réseau de réionisation, ou HERA (les pentaquarks n’ont été détectés qu’en 2015)

Cet historique devrait vous aider à évaluer à quel point prendre au sérieux toute réclamation relative à la physique des particules avec une signification statistique de 42 sigma Mais bien sûr, l’anomalie du g-2 a en sa faveur le fait que sa signification est devenue plus forte plutôt que plus faible

Que signifie la persistance de l’anomalie? Des expériences de haute précision à basse énergie, comme celle-ci, complètent les expériences à haute énergie Ils peuvent fournir des informations similaires car, and principle, toutes les contributions des hautes énergies sont également présentes aux basses énergies. C’est juste qu’ils sont très petitsnous parlons d’un écart entre l’expérience et la théorie au 11e chiffre après la virgule décimale

In practice, cela signifie que les calculs des prédictions doivent tenir compte exactement d’un grand nombre de petites contributions pour atteindre la précision requise En physique des particules, ces calculs sont effectués à l’aide de diagrammes de Feynmanpetits graphiques avec des nœuds et des liens qui désignent les particules et leurs interactions Ils sont un outil mathématique pour garder une trace des intégrales à calculer

Ces calculs sont de plus en plus impliqués avec une plus grande précision car il existe de plus en plus de diagrammes plus volumineux Pour le muon g-2, les physiciens ont dû calculer plus de 15000 diagrammes Bien que les ordinateurs aident grandement dans la tâche, ces calculs restent assez difficiles Un mal de tête particulier est la contribution hadronique Les hadrons sont des particules composites constituées de plusieurs quarks maintenus ensemble par des gluons Le calcul de ces contributions hadroniques à la valeur g-2 est notoirement difficile, et c’est actuellement la plus grande source d’erreur du côté théorique Il existe bien sûr également diverses mesures croisées qui jouent un rôle, comme les prédictions qui dépendent des valeurs d’autres constantes, y compris les masses de leptons et les constantes de couplage.

So, l’écart pourrait signifier plutôt banalement qu’il y a quelque chose qui ne va pas avec le calcul du modèle standard, avec les contributions hadroniques comme principal suspect Mais il y a aussi la possibilité que la lacune réside dans le modèle standard lui-même et non dans notre calcul L’écart provient peut-être de nouvelles particulesles particules supersymétriques sont les candidats les plus populaires Le problème avec cette explication est que la supersymétrie n’est pas un modèle, mais plutôt une propriété d’un grand nombre de modèles, différents modèles provenant de cet ensemble plus grand donnant chacun des prédictions différentes. Among other things, les contributions g-2 dépendent des masses des hypothétiques particules supersymétriques, qui sont inconnues Donc, for the moment, il est impossible d’attribuer l’écart à la supersymétrie en particulier

La nouvelle mesure de haute précision du moment magnétique du Laboratoire Fermi est une réalisation expérimentale remarquable Mais il est trop tôt pour déclarer le modèle standard cassé

Sabine Hossenfelder est physicienne et chercheuse à l’Institut d’études avancées de Francfort en Allemagne Elle est l’auteur du livre Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray et créatrice de la chaîne YouTube Science without the Gobbledygook.

Scientific American Space & Physics est un tour d’horizon des histoires les plus importantes sur l’univers et au-delà

Physique, Muon g-2, Fermilab, Muon, Physics beyond the standard model, particule, research

News – United States – Le modèle standard de physique est-il maintenant cassé?

Source: https://www.scientificamerican.com/article/is-the-standard-model-of-physics-now-broken/

Building on its expertise in the areas of digital, technologies and processes , CSS Engineering you in your most ambitious transformation projects and helps you bring out new ideas, new offers, new modes of collaboration, new ways of producing and selling.

CSS Engineering is involved in projects each customer as if it were his own. We believe a consulting company should be more than an advisor. We put ourselves in the place of our customers, to align we incentives to their goals, and collaborate to unlock the full potential their business. This establishes deep relationships and enjoyable.

Our services:

  1. Create professional websites
  2. Hosting high performance and unlimited
  3. Sale and video surveillance cameras installation
  4. Sale and Installation of security system and alarm
  5. E-Marketing

All our achievements here https://www.css-engineering.com/en/works/