3 июня 2025 года международная коллаборация Muon g-2 сообщила итоговую величину АМММ, измеренную в эксперименте, который в течение последнего десятилетия проводился в Фермилаб (США). Была достигнута рекордная в мире точность 127 миллиардных долей, или около 0.000013 %. Неделю назад, 27 мая 2025 года, коллаборация Muon g-2 Theory Initiative опубликовала актуальный расчет величины АМММ, предсказанной Стандартной моделью. Точность теоретического расчета пока что уступает эксперименту, но результаты измерения и расчета прекрасно согласуются между собой. Это означает, что СМ прошла проверку на новом уровне точности. Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН входит в обе коллаборации. В значительной степени именно прецизионные результаты, получаемые на коллайдере ВЭПП-2000 в ИЯФ, определяют точность теоретического предсказания АМММ. В ближайшие несколько лет новосибирские физики планируют масштабную модернизацию коллайдера ВЭПП-2000, которая позволит повысить точность предсказания АМММ в несколько раз и сделает ее сопоставимой с точностью нового измерения Фермилаб.
АМММ, который измерялся в эксперименте Muon g-2, это дополнительный вклад в величину магнитного момента мюона, который возникает из-за того, что мюон взаимодействует с виртуальными частицами, которые все время рождаются и исчезают даже в пустом пространстве, в вакууме. Эксперимент Muon g-2 стартовал в 2017 году. Он стал продолжением предыдущего измерения АМММ, который проводился в Брукхейвенской лаборатории (БНЛ, США) в конце 1990-х—начале 2000-х. Часть оборудования, в том числе мюонное накопительное кольцо, было перевезено из БНЛ в Фермилаб. Более десяти лет специалистам потребовалось, чтобы спланировать и подготовить эксперимент. В 2017 году начался набор данных, который продолжался в течение шести лет. За этот период коллаборация два раза объявляла результаты измерения АМММ (в 2021 г. и в 2023 г.), которые были основаны на обработке части набранных данных. Уже тогда эксперимент был более чем в два раза точнее результата БНЛ. В 2025 г. Фермилаб поставил финальную точку — результат, объявленный 3 июня, получен на основе полного массива данных, а эксперимент считается завершенным.
«Это очень волнующий момент, мы не только достигли своих целей, но и превзошли их, что не так-то просто для таких точных измерений», — прокомментировал руководитель коллаборации Muon g-2, физик Аргоннской национальной лаборатории Питер Винтер в официальном пресс-релизе Фермилаб.
«Muon g-2 очень успешный эксперимент по многим параметрам, — добавил заместитель директора ИЯФ СО РАН по научной работе, заведующий кафедрой физики элементарных частиц НГУ член-корреспондент РАН Иван Борисович Логашенко. — Чтобы настолько увеличить точность, потребовалось набрать в 20 раз больше данных, чем в эксперименте Брукхейвенской лаборатории, а это само по себе является огромным достижением. Удалось снизить все неточности эксперимента на беспрецедентном уровне. Над экспериментом трудилась международная коллаборация из 200 физиков многих стран мира, в том числе из России, из нашего института. На данный момент — это самое точное измерение АМММ. В ближайшие 10 лет на ускорительном комплексе J-PARC (Япония) планируют сделать свое измерение АМММ и, возможно, побить рекорд Фермилаб, но это еще очень далекое будущее».
ИЯФ СО РАН принимает участие как в завершившемся эксперименте Muon g-2, так и в работе коллаборации Muon g-2 Theory Initiative.
При сравнении величины АМММ, измеренной в эксперименте, с ней же, но рассчитанной в теории, важно, чтобы обе они были получены с высокой точностью.
«На данный момент точность предсказанного в теории значения АМММ в несколько раз хуже, чем точность эксперимента, поэтому сейчас очень важно улучшить и ее, – прокомментировал Иван Логашенко. — Совсем скоро свой результат объявит команда эксперимента СНД на коллайдере ВЭПП-2000, а затем мы планируем модернизировать детекторы коллайдера ВЭПП-2000 и провести новый раунд измерений вероятности рождения адронов при столкновении электронов и позитронов и надеемся получить рекордную в мире точность. Наши данные позволят увеличить точность расчета АМММ в несколько раз, и она станет сопоставимой с точностью экспериментального значения. Чем большей точности мы достигаем, тем все на меньших и меньших расстояниях, или на больших энергиях, мы проверяем Стандартную модель. Сейчас мы понимаем структуру и свойства материи на масштабах порядка 1/1000 размера протона, то есть порядка 1 аттометра, чтобы продвинуться дальше, нужно проводить еще более точные измерения и расчеты».
Эксперимент в Фермилаб завершился, но мировое физическое сообщество продолжит свою работу по увеличению точности теоретического предсказания величины АМММ и по подготовке нового еще более точного измерения АМММ. Ведь аномальный магнитный момент мюона является прекрасной лакмусовой бумажкой для отбора теорий, выходящих за рамки Стандартной модели.
«Хотя СМ хорошо работает, мы абсолютно точно понимаем, что это не последняя физическая теория. Она описывает то, как устроена природа на тех масштабах и энергиях, до которых мы дотягиваемся, — добавил Иван Логашенко. — Когда мы выходим за рамки привычных масштабов при помощи астрофизических наблюдений, изучаем, как была устроена Вселенная в первые мгновения своего существования, то видим, что Стандартная модель многое не может описать. Например, мы знаем, что сегодня Вселенная заполнена веществом, темной материей, а в СМ нет какой-то частицы, из которой она могла бы состоять. То есть заведомо есть что-то, что находится за пределами СМ. Физики-теоретики придумывают очень много всевозможных теорий Новой физики, которые расширяют СМ. Их существует сотни, но как выбрать ту, которая реализуется в природе? Как раз для этого очень важен АМММ. Во всех предлагаемых теориях можно рассчитать величину АМММ, которую уже сейчас можно сравнивать с суперточным значением АМММ, измеренным в Фермилаб. Те, что не будут согласовываться с экспериментом, останутся только фантазией физиков-теоретиков».
Пресс-служба ИЯФ СО РАН
