Есть конспект?
Пришлите нам!

Мюоны бросают вызов главной физической теории построения субатомного мира


Мюоны бросают вызов главной физической теории построения субатомного мира

Изучая магнитный след субатомных частиц - мюонов, ученые пришли к выводу, который дает “трещину” в преобладающих физических моделях построения субатомного мира. В течение 30 лет, стандартная модель физического построения мира выдерживала все потоки критики в адрес ее предсказаний свойств и взаимодействий элементарных частиц. Несмотря на успехи теории, физики все же подозревали, что имели дело с неполной картиной субатомного мира.

В эксперименте, проведенном в Брукхейвенской Национальной Лаборатории Нью-Йорка международной командой исследователей, было обнаружено крохотное отклонение от предсказания стандартной модели для магнитного потока мюонов. Результаты были объявлены на коллоквиуме лаборатории 8 февраля.

Мнения о полученных результатах разные. Например, исследовательская группа команды Джеймс П. Мельник из Бостонского Университета говорит о том, что разность между теоретическими предсказаниями стандартной модели и результатами нового измерения соответствует отличию пары километровых нитей, которые отличаются в длину одна от другой на величину бактерии. В то же время, исследователь Вернон В. Хугес, считает, что любое отклонение указывает на то, что имеется кое-что отсутствующее в эксперименте или в стандартной теории... Одно из возможных объяснений этого - отклонение указывает на наличие некой новой физики.

Хотя мюон и родственен электрону, он приблизительно в 200 раз более тяжелый. Ускорения и столкновения космических частиц производят мюоны, но они очень быстро распадаются. Это делает мюоны редкими в природе.

В настоящее время известны четыре вида физических взаимодействий: гравитационный, слабые, электромагнитные и сильные.

Гравитационное взаимодействие управляет движением небесных тел на макроуровне, но в мире элементарных частиц им можно пренебречь. Примером процесса, идущего за счет слабого взаимодействия, является распад свободного нейтрона n на протон р, электрон е и антинейтрино nе . Гравитация в том понимании его медленных движений, меняет только состояние движения частиц, слабое же взаимодействие меняет внутреннюю природу частиц: вместо нейтрона появляются протон, электрон и антинейтрино.

Сильные взаимодействия обусловливают различные ядерные реакции (такие, например, как термоядерные реакции), а также возникновение сил, связывающих нейтроны и протоны в ядра.

Частицы, из которых состоит материя, делятся на группы в зависимости от свойств их взаимодействия. Частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях, называют лептонами. Таких частиц шесть. Это электрон е, мюон mЇ, тау-лептон tЇ и три сорта нейтрино: электронное ne , мюонное nm . и тау-нейтрино nt .

Лептоны группируются в пары: электрон с электронным нейтрино, мюон - с мюонным, тау-лептон - с тау-нейтрино. Это объединение обусловлено тем, что каждый сорт нейтрино участвует в реакциях вместе со своим партнером по паре. Первые три частицы имеют электрический заряд, равный заряду электрона. Все сорта нейтрино электронейтральны.

Остальные фундаментальные частицы носят название кварков; они участвуют в сильных взаимодействиях (а также и в слабых, и в электромагнитных). Из кварков слагаются частицы, участвующие в сильных взаимодействиях, и называются адронами. Примерами адронов являются протон, нейтрон, пи-мезон. Всего кварков шесть, они обозначаются латинскими буквами и также группируются в три семейства, соответствующие семействам лептонов: (u, d), (с, s), (t, b).

Все перечисленные выше фундаментальные частицы, из которых состоит физическая материя, обладают еще одним важным свойством. Им присуще собственное вращение - внутренний момент импульса, или, как его называют в квантовой механике, спин. Обладает им и мюон. Причем спин всех этих частиц, измеренный в единицах планковской постоянной ħ, равен 1/2.

Из-за этой черты обладания спином, мюоны ведут себя подобно крошечным магнитам. Их спин превращает их в подобие гироскопа, и они поддаются действию восходящих или нисходящих сил, качая оси спина горизонтально по кругу.

Чтобы оценить свойства мюона, исследователи Брукхейвенской Национальной Лаборатории пускали интенсивный мюонный луч в необычно однородное магнитное поле. Поскольку мюоны имеют отрицательный заряд, магнитное поле заставило их путешествовать по кругу. Далее возникало явление прецессии оси вращения, которая связана с магнитным потоком мюона. Поскольку мюоны, путешествуя по кругу, постоянно ускорялись, они неоднократно трансформировались в более тяжелые, так называемые виртуальные частицы, и затем за счет торможения возросшей массой, они трансформировались в исходное положение снова. Эта циклическая работа по разгону мюонов влияет на размеры мюона и позволяет проследить его степень устойчивости и стабильности.

Стандартная модель предсказывает влияния известных частиц в магнитном потоке мюона. Действительно, в конце 1970-ых, эксперименты подтвердили значение магнитного потока мюона близким к теоретическим предсказаниям. Брукхейвенские исследователи перепроверяли измерения с точностью, которая выше в 6 раз. Результат - найдено незначительное несоответствие теоретических и практических значений.

Эксперимент показывает, что кое-что до настоящего времени неизвестное может участвовать в этом процессе. Возможно, что и неизвестная частица.

Размер несоответствия в экспериментах Брукхейвенской Национальной Лаборатории говорит, что любое новое влияние неизвестной силы, которое показало себя, имеет массу, подобную массам уже известных частиц, что также говорит в пользу наличия неизвестной частицы.


Dr.BoT© Konspektiruem.ru