L’expérience Muon g-2 mesure le moment magnétique anormal positif du muon à 0,20 ppm

La collaboration Muon g-2 est un grand groupe de chercheurs de différents instituts du monde entier collaborant à l’expérience Muon g-2. Il s’agit d’un effort de recherche visant à explorer les interactions des muons, des particules à vie courte qui sont essentiellement des électrons lourds, à l’aide de puissants accélérateurs du Laboratoire national des accélérateurs Fermi (Laboratoire Fermi).

La collaboration Muon g-2 a récemment rapporté une nouvelle mesure de l’anomalie magnétique dite positive du muon, basée sur les données collectées au Fermilab entre 2019 et 2020. Cette mesure est cohérente avec leurs mesures précédentes, tout en réduisant l’erreur de plus d’un facteur de 2 en raison de conditions expérimentales améliorées.

Les résultats sont publiés dans la revue Lettres d’examen physique.

“Le PRL “L’article est la prochaine étape dans notre objectif de mesurer l’anomalie magnétique du muon avec une précision de 140 parties par milliard”, a déclaré Andrew Edmonds, professeur adjoint au York College, City University New York et membre de la collaboration Muon g-2, à Phys. org. “Il s’appuie sur nos résultats précédents publiés en 2021 qui avaient une précision de 460 parties par milliard, et ce résultat a une précision de 200 parties par milliard. Pour référence, mesurer la Statue de la Liberté à 200 parties par milliard équivaut à la mesurer à 0,2 millième de pouce. »

L’anomalie magnétique des muons est une valeur qui représente le moment magnétique anormal des muons. Jusqu’à présent, des écarts ont été constatés entre les mesures réelles de cette valeur et les prévisions théoriques.

Les différences signalées entre les valeurs théoriques et mesurées pourraient être le résultat d’un hasard statistique, plutôt que d’une physique actuellement inexpliquée en dehors du modèle standard. Cependant, en collectant des mesures de plus en plus précises, Edmonds et ses collègues espèrent clarifier davantage cette question. Si le résultat reste le même avec une précision de plus en plus grande, cela pourrait confirmer que les écarts signalés sont le résultat d’une physique au-delà du modèle standard.

“Nous effectuons cette mesure en stockant les muons dans un anneau de stockage magnétique très uniforme d’un diamètre de 14 m”, a expliqué Edmonds. “Les muons tournent autour de l’anneau et finissent par se désintégrer en un positron (c’est-à-dire un électron chargé positivement). Les positons ne sont pas stockés et frappent donc nos détecteurs à l’intérieur de l’anneau. Nous comptons le nombre de positrons qui frappez les détecteurs et constatez une oscillation du nombre de positrons.

Pour dériver l’anomalie magnétique du muon, la collaboration Muon g-2 combine finalement la fréquence enregistrée de l’oscillation du nombre de positons avec une mesure très précise du champ magnétique. La mesure présentée dans leur récent article est la plus précise à ce jour, car les conditions expérimentales ont été améliorées, ainsi que la stabilité des faisceaux de particules.

“Notre nouvelle mesure est cohérente avec les mesures précédentes”, a déclaré Edmonds. “Cela nous rend plus sûrs que nous mesurons la valeur correcte, et nous nous rapprochons de la possibilité de confirmer si la différence est ou non un hasard statistique.”

Cet article récent de la collaboration Muon g-2 constitue une nouvelle étape vers la confirmation que l’anomalie magnétique positive du muon est influencée par des processus physiques en dehors du modèle standard. Les chercheurs analysent actuellement leur ensemble de données final, qui comprendra toutes les données collectées au cours des six années de fonctionnement des accélérateurs de particules du Fermilab.

“L’ensemble de données final contient 4 fois plus de données que lors de nos deux mesures précédentes. Notre précision devrait donc être réduite de moitié et nous pouvons atteindre notre objectif de 140 parties par milliard”, a déclaré Edmonds. “Entre-temps, les théoriciens vont mettre à jour leur valeur théorique sur l’anomalie magnétique du muon et nous devrions donc avoir une confrontation finale entre la mesure expérimentale et la prédiction théorique en 2025 pour confirmer si la différence est ou non un hasard statistique ou causée par la physique. au-delà du modèle standard. »

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