Mokslininkai nusivylė: garsioji mionų anomalija dingo – naujos fizikos gali ir nebūti

Dešimtmečius fizikus intriguojęs miono magnetinio momento neatitikimas, vadinamas g-2 anomalija, panašu, neteko savo sensacijos aurą. Nauji itin tikslūs teoriniai skaičiavimai rodo, kad eksperimentų rezultatai iš tiesų dera su Standartinio modelio prognozėmis, o „spraga“, žadėjusi naują fiziką, beveik išnyko.

Mionas yra nestabili elementarioji dalelė, laikoma sunkesniu elektrono „giminaičiu“. Dėl maždaug 200 kartų didesnės masės jis jautriau reaguoja į kvantinių laukų efektus, todėl menkiausi nukrypimai jo elgsenoje ilgai atrodė kaip reali užuomina į dar neatrastas sąveikas.

Ilgą laiką problemos esmė buvo ne tik matavimų tikslumas, bet ir teorijos pusė: didžiausią neapibrėžtumą kėlė stiprioji sąveika, jungianti kvarkus protonų ir neutronų viduje. Skirtingai nei elektromagnetizmas, ši sąveika labai sudėtinga skaičiavimams, todėl ankstesnės prognozės dalinai rėmėsi netiesioginiais eksperimentiniais duomenimis ir jų interpretacijomis.

Kodėl skaičiavimai taip ilgai „neėjo“?

Stiprioji sąveika mažais atstumais elgiasi kitaip nei dideliais, o tai apsunkina tikslių pataisų pritaikymą miono magnetiniam momentui. Bandant „išskleisti“ daleles, energija gali virsti naujomis dalelėmis, kurios pačios pakeičia galutinį rezultatą, todėl tradiciniai metodai ilgai palikdavo didesnę paklaidą.

Dėl to ankstesnis neatitikimas tarp teorijos ir eksperimento buvo interpretuojamas kaip potencialus signalas, jog Standartinis modelis yra nepilnas. Būtent ši galimybė maitino idėjas apie hipotetinę penktąją gamtos jėgą ar kitas naujas daleles, kurios galėtų „paslėptai“ daryti įtaką mionui.

Proveržis: gardelinė kvantinė chromodinamika

Naujausiame darbe pritaikytas metodas, vadinamas gardeline kvantine chromodinamika, kai erdvėlaikis modeliuojamas kaip taškų tinklas, o Standartinio modelio lygtys sprendžiamos skaitmeniškai superkompiuteriuose. Tokiu būdu stipriosios sąveikos indėlis vertinamas tiesiogiai, o ne vien per išvestinius duomenų rinkinius.

Tyrėjai naudojo hibridinį sprendimą: trumpiems ir vidutiniams atstumams taikė gardelinius skaičiavimus, o ilgiems atstumams pasirėmė patikimiausiais eksperimentiniais duomenimis. Tai leido sumažinti neapibrėžtumą iki lygio, kuris prieš dešimtmetį buvo laikomas praktiškai nepasiekiamu.

Ką tai reiškia naujos fizikos paieškoms?

Rezultatas: teorinė vertė sutapo su matavimais taip tiksliai, kad anksčiau skambėjusi „anomali“ spraga beveik dingo. Standartinis modelis dar kartą atlaikė vieną griežčiausių testų ir, kaip teigiama, buvo patvirtintas tikslumu iki 11 skaitmenų po kablelio.

„Žmonės manęs klausia, kaip jaučiuosi dėl šio atradimo. Atvirai pasakius, jaučiu šiokį tokį liūdesį“, – sakė Zoltanas Fodoras.

„Pradėdami tikėjomės, kad skaičiavimai patvirtins penktosios jėgos galimybę. Vietoje to radome įrodymą, kad sena, žinoma fizika viską paaiškina. Kita vertus, tai labai stiprus kvantinės lauko teorijos, mūsų Visatos supratimo pamato, teisingumo patvirtinimas“, – pridūrė jis.

Vis dėlto naujos fizikos paieškos nesustoja: Standartinis modelis ir toliau nepaaiškina tamsiosios materijos, tamsiosios energijos ar gravitacijos integravimo į kvantinį aprašą. Miono g-2 istorija tik parodo, kad proveržiai greičiausiai slypi ten, kur reikalingas dar didesnis tikslumas, ilgesnės duomenų serijos ir vis tikslesnės skaitmeninės simuliacijos.