Eksperimen Muon g-2 mengukur momen magnetik anomali muon, memastikan bahwa itu tidak sesuai dengan nilai yang dihitung. Penyimpangan ini menunjukkan adanya partikel atau interaksi yang tidak diketahui dalam Model Standar mekanika kuantum.
Model Standar Mekanika Kuantum menjelaskan dengan sangat akurat perilaku partikel elementer. Namun, rumusnya tidak selalu bekerja, yang mungkin menunjukkan ketidaklengkapan teori dan keberadaan "fisika baru" yang lebih dalam dan lebih mendasar. Salah satu anomali tersebut adalah ketidaksesuaian antara presesi muon dengan perhitungan yang paling akurat. Fisikawan dari kolaborasi Muon g-2 mengukur penyimpangan ini dengan sangat akurat, membenarkan bahwa itu ada dan mungkin terkait dengan pengaruh partikel yang belum diketahui. Para ilmuwan menulis tentang ini dalam sebuah artikel yang diterbitkan dalam jurnal Physical Review Letters.
Muon adalah partikel elementer, mirip dengan elektron, tetapi sekitar 200 kali lebih berat dari mereka dan hampir tidak stabil. Muon juga memiliki muatan negatif dan putaran setengah bilangan bulat (1/2), karena itu mereka memiliki momen magnet. Begitu berada di medan magnet eksternal, mereka membelokkan dan berosilasi (presesi) seperti giroskop kecil. Presesi ini tergantung pada massa partikel, muatannya dan faktor-g - faktor yang menentukan perbedaan antara momen magnetik dan mekanik partikel.
Dalam ruang hampa, di mana ada penciptaan konstan dan kematian partikel virtual, kehadiran mereka mempengaruhi momen magnetik muon dan, sebagai konsekuensinya, nilai Faktor-g. Model Standar Mekanika Kuantum memungkinkan seseorang memperhitungkan kontribusi semua partikel yang diketahui dan menghitung faktor-g dengan akurasi tinggi. Namun, pengukuran eksperimental dari presesi muon tidak sedikit sesuai dengan prediksi teori. Lendutan ini dikenal sebagai masalah momen magnetik anomali muon dan diyakini menunjukkan adanya partikel atau interaksi masif yang belum diketahui.
Dengan demikian, nilai paling akurat dari anomali momen magnetik muon, yang diperoleh pada tahun 2020, adalah 0,00116591810. Pada saat yang sama, eksperimen yang dilakukan di Brookhaven National Laboratory (BNL) menunjukkan nilai 0,00116592080. Pengukuran baru dari momen magnetik anomali dilakukan oleh fisikawan dari Fermilab. Anehnya, untuk ini mereka menggunakan cincin penyimpanan magnetik dari Brookhaven, yang mereka bawa beberapa tahun lalu ke laboratorium baru dan terhubung ke akselerator partikel di Fermilab khusus untuk mengukur momen magnetik anomali muon.
Selama percobaan Muon g-2, aliran muon diarahkan ke cincin magnet. Dalam ruang hampa yang dalam, partikel-partikel bergerak dengan kecepatan mendekati cahaya, dan para ilmuwan mengukur presesinya. Lebih dari 200 pakar dari tujuh negara ambil bagian dalam kolaborasi tersebut, dan selama 2018 mereka mengumpulkan lebih dari delapan miliar pengukuran. Analisis dan pemrosesan statistik dari data ini memakan waktu hampir dua tahun, dan hasilnya baru sekarang dipublikasikan. Dengan mempertimbangkan data lama dan baru, muon g-factor adalah 2.00233184122, dan momen magnet anomali adalah 0.00116592061.
Nilai yang diperoleh dengan menggabungkan pengukuran BNL dan Fermilab memiliki standar deviasi 4,2 sigma. Kemungkinan bahwa itu adalah hasil dari fluktuasi acak tidak melebihi satu dari empat puluh ribu. Namun demikian, penyimpangan sudah mendekati lima sigma - "standar emas" fisika partikel dasar, yang memungkinkan kita untuk berbicara dengan percaya diri tentang penemuan itu. Para ilmuwan yakin bahwa mereka akan segera mengatasi nilai ini.
Menurut mereka, hingga saat ini, hanya sekitar enam persen dari informasi yang harus dikumpulkan oleh eksperimen Muon g-2 yang telah diproses. Pemrosesan data peluncuran sistem kedua dan ketiga berlanjut, bersamaan dengan pengukuran peluncuran keempat. "Hasil pertama sudah menunjukkan penyimpangan yang menarik dari prediksi Model Standar, - kata salah satu perwakilan dari kolaborasi Chris Polly (Chris Polly) - tetapi dalam beberapa tahun ke depan kita akan belajar banyak."