Cousin lourd de l’électron, le muon se comporte comme un petit aimant rotatif et a depuis longtemps remis en question les prédictions d’un modèle de laboratoire standard pour tester des théories qui pourraient ne pas être vérifiables avec le LHC, comme celles liées à la matière noire, il a fait l’objet de nouveaux calculs théoriques avancés, ses résultats viennent d’être testés dans une nouvelle expérience par des physiciens du Laboratoire Fermi aux USA

[Vidéo] Interview: Qu’est-ce que le vide quantique? Le vide en physique est un concept difficile à définir Vous pourriez penser que cela signifie l’absence de tout, mais il semble que ce ne soit pas vraiment le cas en mécanique quantique. Futura-Sciences a interviewé Claude Aslangul pour nous en dire plus sur le sujet

Le 7 avril 2021 marque un tournant dans le mystère du moment magnétique du muon, un désaccord étudié depuis plus de deux décennies entre la valeur de ce moment calculée à partir des équations de la théorie quantique des champs et les expériences faites pour le mesurer .

Rappelons que le muon est un lepton, un cousin de l’électron mais un peu plus lourd. Comme lui, il a une charge électrique primaire afin que l’on puisse appliquer l’équation quantique et relativiste découverte par Paul Dirac en 1928, prix Nobel gagnant en physique. Cette équation prédit automatiquement que, comme un électron, le muon doit avoir un moment angulaire intrinsèque, une rotation et doit donc se comporter comme s’il s’agissait d’une petite sphère chargée en spin (cependant, la mécanique quantique interdit de pousser la comparaison trop loin car cela conduit à des contradictions avec théorie de la relativité En particulier) l’équation indique alors, en prime, que ces deux particules doivent également se comporter comme une petite tige magnétique et donc avoir ce que les physiciens appellent une trame magnétique

L’équation de Dirac n’est pas la seule à régir les propriétés des muons et des électrons. Toutes les autres équations du modèle standard de physique des particules doivent partager, et donc, indirectement, toutes les autres particules connues, telles que les quarks, les neutrinos ou même le Boson de Brout-Englert – avec divers degrés d’approximation. – Higgs

Afficher le puzzle Muon Magnetic Momentation Pour obtenir une traduction française assez précise, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. La traduction anglaise devrait apparaître ensuite puis cliquez sur l’écrou à droite du rectangle, puis cliquez sur “Sous-titres” et enfin sur “Traduire automatiquement” Sélectionnez “Français” © Fermilab

Pour décrire les effets de toutes ces particules, et surtout des photons et particules chargées, nous pouvons effectuer des calculs analytiques à l’aide des fameux diagrammes de Feynman puis montrer que le vide quantique autour d’un muon est un objet complexe qui se polarise comme un corps isolant sous l’influence d’un champ électrique L’interaction du muon avec ce vide modifie la valeur du moment magnétique qui devient alors indirectement une sonde quelque peu sensible à l’existence non seulement des particules du modèle standard, mais aussi de celles de la nouvelle physique.

Les premiers calculs effectués sur les effets dominants supposés des équations électrodynamiques quantiques, QED, ont fourni une valeur incompatible avec l’expérience, et depuis lors, toute la question est de savoir si ce désaccord est le produit “ d’erreurs de mesure ou de la minimisation des effets des équations. ” L’autre concerne le modèle standard sur le vide quantique autour d’un muon, en particulier la dynamique des couleurs quantiques (QCD décrit les forces fortes dans les quarks dans le monde des hadrons) et la théorie électrofaible. Si aucune de ces possibilités est la cause de discorde, alors nous aurons enfin un nouveau signe de physique.

Il y a quelques années, Futura a donné quelques explications sur ce sujet dans l’article précédent ci-dessous et a utilisé des vidéos du Laboratoire Fermi avec les commentaires du physicien Don Lincoln. Les théoriciens ne sont pas restés inactifs depuis, et la tâche a été difficile car les équations QCD ne sont pas linéaires pour certains calculs, il est plus facile à effectuer sur un ordinateur en utilisant des simulations de réseau qui remontent aux travaux pionniers du lauréat du prix Nobel. en physique Kenneth G. Wilson

Invoquant un calcul de l’effet de la polarisation du vide hadronique sur le magnétisme du muon, tel que l’apex, le muon (يدور) tourne sur lui-même, devenant un petit aimant entouré d’un champ magnétique qui suit un chemin le long duquel le muon interagit avec l’aimant d’expérience “Muon g-2” et avec les particules éphémères dans le vide Quantum Ainsi il polarise le vide hadronique, qui change son moment magnétique évoque l’arrière-plan, 0 et 1, et pavage le carré, l’arithmétique sur les supercalculateurs qui est l’une des méthodes illustrées ici. © Danny Zimba, Pennsylvania State University

Nous pouvons alors faire des calculs plus précis sur le soi-disant espace hadronique autour du muon, c’est-à-dire les effets des fluctuations quantiques dans l’espace qui font interagir le muon avec des paires fugaces d’antiparticules et de particules qui composent les hadrons, et puis les quarks et gluons chargés, cousins ​​du photon d’interaction.Le fort effet nucléaire du vide hadronique vient en second après les effets optiques du QED pour les muons, la troisième position correspond aux effets de la force nucléaire faible incluse dans le équations de la théorie électrofaible de Glashaw Sallam Weinberg

Une équipe internationale de chercheurs, comprenant des physiciens du CNRS dont le Français Laurent Lellouch (Futura a précédemment évoqué les travaux que lui et ses collègues ont réalisés à travers des simulations de réseaux liées aux calculs de démarrage des masses de protons et de neutrons), publié dans l’article du magazine Nature sur le sujet Le désaccord avec la valeur du moment magnétique mesuré il y a 20 ans et connu avant le 7 avril 2021 dans leurs calculs s’est poursuivi mais était plus faible, ce qui indique malheureusement que l’on peut se retrouver avec un accord entre théorie et observations pleinement cohérent avec l’incertitude des deux estimations ne nécessitent donc pas de nouvelle physique

Nouvelle présentation des mystères de l’anomalie du moment magnétique du muon qui a été confirmée, pour l’instant, par les données d’expérimentation réalisées dans Fermilab pour obtenir une traduction française assez précise, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. la traduction devrait apparaître après Puis cliquez sur l’écrou à droite du rectangle, puis cliquez sur “Sous-titres” et enfin sur “Traduire automatiquement” choisissez “Français” © Fermilab

Mais l’optimisme peut quand même être bon car le 7 avril 2021 est aussi le jour où les physiciens du Laboratoire Fermi ont annoncé les résultats d’une nouvelle expérience visant à mesurer le moment magnétique d’un muon, beaucoup plus précis que celui mené aux États-Unis. États il y a 20 ans au Brookhaven National Laboratory (BNL)

Les résultats combinés des essais Fermilab et BNL montrent enfin une différence avec la théorie de l’ordre de 42 sigma, comme disent les chercheurs dans leur terminologie qu’il ne s’agit pas encore d’une découverte, il faudra atteindre 5 sigma mais la probabilité que les résultats soient des fluctuations statistiques dans les deux expériences, ou la perturbation occasionnelle des instruments de mesure ou mesurés phénomènes, est maintenant d’environ 1 sur 40 000

Bien que le débat ne soit pas clos, on peut dire que l’émergence de nouveaux effets physiques qui se manifesteraient dans l’anomalie du moment magnétique du muon est devenue plus fiable.

À gauche, les résultats des calculs de la valeur du moment magnétique du muon prédite par le modèle standard et la barre d’erreur indiquant les incertitudes de ces calculs sont affichés à droite, les résultats expérimentaux de l’expérience au Brookhaven National Laboratory et les résultats de l’expérience Fermilab, toujours avec des barres d’erreur en combinant les statistiques des deux expériences, on obtient une estimation plus précise qui varie considérablement avec l’estimation théorique, puisque 42 sigma mais pas assez pour parler de découverte il faut continuer les calculs et la prise de données © Ryan Postel, collaboration Fermilab Muon g-2

Le colloque qui s’est tenu le 7 avril 2021 au Laboratoire Fermi sur les résultats de la nouvelle mesure du moment magnétique du muon. Pour obtenir une traduction française assez précise, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. La traduction anglaise devrait apparaître ensuite cliquez sur l’écrou à droite du rectangle Puis cliquez sur “Sous-titres” et enfin sur “Traduire automatiquement” choisissez “Français” © Fermilab

Cousin lourd en électrons, le muon se comporte comme un petit aimant rotatif et a longtemps défié les prédictions du Standard Model Lab pour tester des théories qui peuvent ne pas être vérifiables avec le LHC, comme celles liées à la matière noire, ce mystère peut ont finalement été résolus: et si nous oublions encore la Terre et Einstein?

Ni les expériences au LHC ni d’autres tentatives, telles que la mission Planck ou Microscope, n’ont encore réussi à explorer une nouvelle physique potentielle au-delà du modèle standard. Il est certain que la déception et la perplexité grandissent parmi les théoriciens qui n’ont poussé que jusqu’au bout. les idées qui ont établi ce modèle de succès extraordinaire. Peut-être cette «nouvelle physique» se cache-t-elle dans des phénomènes impliquant des énergies trop élevées pour un accélérateur, même de la taille de la Terre.

Nous n’avons pas perdu espoir de découvrir cette nouvelle physique, bien qu’indirectement, l’un des moyens peut être caché dans un puzzle auquel les chercheurs sont confrontés au moins depuis le début du XXIe siècle: le moment magnétique anormal (attention , c’est vraiment anormal et anormal en langage Physiciens) pour un cousin de l’électron, le muon, lepton de masse 207 fois supérieure, sa valeur ne semble pas concorder avec les calculs effectués sous le modèle standard

Cependant, une façon d’expliquer ce désaccord est d’inclure des particules mythiques super-symétriques dans des masses plus lourdes que celles auxquelles le LHC peut accéder. Cependant, il peut s’agir d’une erreur de mesure qui est à l’origine d’une nouvelle expérience appelée Muon g-2, visant à clore la discussion sur cette possibilité, actuellement sur Fermilab

Cependant, le désaccord entre les expériences précédentes et la théorie n’est que de l’ordre de 35 sigma, comme le disent brièvement les physiciens: ce n’est pas encore une découverte solide que les théoriciens viennent peut-être de régler la question en suggérant, avec des calculs à l’appui, que cette différence serait due à un manque de considération pour l’effet de la gravité, qui a effectivement été négligé jusque-là Ce serait donc le cas du fameux puzzle du moment magnétique des muons comme dans le cas des neutrinos à travers la luminescence de l’expérience d’Oprah.

Mais que signifie exactement cette histoire du moment magnétique et de la nouvelle physique dans ses calculs?

Rappelez-vous que le muon a été découvert pour la première fois en 1937 et capturé à cette époque pour un pion, également appelé méson pi, qui est le boson à rotation nulle prédit par Hideki Yukawa dans le cadre de sa théorie sur la forte force nucléaire entre les nucléons en 1947 Le pion a finalement été identifié, puis le muon, qui est en fait un fermion, est apparu comme une nouvelle particule qui remet en question les explications des théoriciens. Que fait le cousin lourd d’électrons de l’univers, qui se désintègre en un second neutrino, en plus du neutrino déjà connu en désintégration bêta?

Maintenant, tout comme un électron, un muon est une particule chargée avec un spin ½ qui peut donc être visualisée, dans une certaine limite car c’est un objet quantique, comme une petite boule qui tourne. Celui qui dit la charge tournante dit que le courant électrique produit un champ magnétique du muon, comme un électron, Il devrait se comporter comme un petit aimant qui devrait avoir un moment magnétique proportionnel à sa rotation, avec, entre autres, un facteur g (facteur Landi) associé au constante de proportionnalité, le rapport gyromagnétique

QED, The Basic Theory for Computing Magnetic Moments in Particle Physics Pour obtenir une traduction française assez précise, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite, la traduction anglaise devrait apparaître ensuite puis cliquez sur l’écrou à droite du rectangle, puis cliquez sur Titres Sub “et enfin sur” Traduisez automatiquement “choisissez” Français “© Fermilab

Ce facteur g peut être calculé grâce à la version relative de l’équation de Schrödinger appliquée à l’électron, c’est-à-dire l’équation de Dirac, qui prédit par magie la rotation de l’électron et l’existence d’antimatière dans le cas de l’électron et du muon, g est égal à 2, mais ceci sans prendre en compte l’effet du champ électromagnétique que ces particules génèrent qui doit être décrit par une version quantique de l’expérience EMF de Maxwell prouve que g-2 n’est pas nul et ce fut un énorme succès pour Feynman-Tomonaga-Schwinger électrodynamique quantique (électrodynamique quantique ou QED) à la fin des années 40 et au début des années 50. Pour commencer à prédire la valeur exacte de cette différence d’état de l’électron ainsi que du muon

La valeur anormale du moment magnétique anormal de ces leptons par rapport aux prédictions de l’équation de Dirac s’explique grossièrement par le fait que ces particules interagissent constamment avec un nuage de particules chargées hypothétiques apparaissant et disparaissant constamment autour d’elles et les effets à partir d’eux sont décrits par des diagrammes de Feynman (montrés dans la vidéo ci-dessus) au fil des ans. Et avec la découverte de la présence de nouvelles particules chargées telles que les bosons W ou les quarks, les calculs ont été révisés au point où ils ont été étonnamment confirmés pour à au moins 10 décimales avec l’électron, ce qui rend QED plus précis et la meilleure théorie physique vérifiée.

Tests pilotes QED Pour obtenir une traduction française assez précise, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. La traduction anglaise devrait apparaître ensuite puis cliquez sur la noix à droite du rectangle, puis cliquez sur Sous-titres et enfin sur Traduction automatique “Sélectionnez” Français “© Fermilab

Bien que l’accord soit cool, ce n’est pas bon dans le cas du muon, c’est pourquoi nous sommes tentés de supposer qu’il existe d’autres nouvelles particules physiques dans le nuage de particules virtuelles interagissant avec le muon. Pour le moment, la communauté scientifique est un peu battage médiatique parce qu’un groupe de chercheurs japonais a publié trois articles sur arXiv suggérant que les calculs QED devraient en fait être effectués en écrivant l’équation de Dirac dans un espace-temps courbe.

Expériences réalisées pour mesurer le moment magnétique des muons, par exemple à partir du Cern avec un accélérateur PS (proton synchrotron) au début des années 1960, dans lesquelles George Sharpak partageait le prix Nobel de physique, même ceux du Brookhaven National Laboratory (E82) fin 2006 1999, souffrirait du même biais: la non prise en compte du champ gravitationnel terrestre dans les calculs théoriques

Cependant, la situation reste confuse car il semble que ces physiciens aient commis des erreurs dans leurs calculs, du moins c’est l’opinion de Matt Visser, un expert bien connu de la théorie des champs spatio-temporels courbes et de son application aux trous de ver.

Kenneth Wilson, le maître des transitions de phase, est parti

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Actualités – AR – Signes potentiels d’une nouvelle physique avec le moment magnétique du muon

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/physique-particules-possibles-signes-nouvelle-physique-moment-magnetique-muon-70123/

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