მიუონის ანომალიური მაგნიტური მომენტი

 აღმოჩენას, რომელიც ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკას ეხება, მსოფლიო მასმედიის ყველა საშუალება გამოეხამურა. აჟიოტაჟი გამოიწვია მიუონების სახელით ცნობილ ელემენტარულ ნაწილაკებზე ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა, რომლებიც მეცნიერებისთვის უცნობი მატერიისა და ენერგიის არსებობისკენ შეიძლება მიუთითებდეს. ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელი, მისი მაღალი სანდოობის მიუხედავად, სამყაროს მამოძრავებელი ფუნდამენტური ძალებისა და ელემენტარული ნაწილაკების ქცევის ახსნის საქმეში, სრულყოფილებამდე ჯერ ისევ შორს არის.

 მასში ადგილი ვერ მოიძებნა გრავიტაციისთვის, არაფერს ამბობს ბნელ მატერიაზე, ბნელ ენერგიაზე და ნეიტრინოს მასაზე. ამ და სხვა საინტერესო მოვლენების ასახსნელად, მეცნიერები ე.წ. ახალ ფიზიკას ეძებენ, ანომალიების კვლევით, რომლებშიც ექსპერიმენტით მიღებული შედეგები, თეორიით ნავარაუდევისგან არის განსხვავებული.

ოთხი ძალა

 თანამედროვე ექსპერიმენტული მონაცემებიდან გამომდინარე შეგვიძლია ვილაპარაკოთ ოთხ ერთმანეთისგან განსხვავებულ ურთიერთქმედებაზე, რომლებშიც ელემენტარული ნაწილაკები მონაწილეობენ. ამ ურთიერთქმედებებს ფუნდამენტურს უწოდებენ, რაც უპირველეს, საწყის, ყველაზე უფრო ძირეულს ნიშნავს. ჩვენი სამყაროს მრავალფეროვნებიდან გამომდინარე, ალბათ გაკვირვებას იწვევს ის ფაქტი, რომ ამ ყველაფერს მხოლოდ ოთხი ძალა მართავს. ინტენსიურობის ზრდის მიხედვით, ფუნდამენტური ურთიერთქმედებები შემდეგნაირი მიმდევრობით შეიძლება დავალაგოთ: გრავიტაციული, სუსტი, ელექტრომაგნიტური და ძლიერი.

მიუონი

 ლეპტონები (ბერძნ-მსუბუქი) – ფუნდამენტური ნაწილაკები ½ სპინით, რომლებიც არ მონაწილეობენ ძლიერ ურთიერთქმედებაში. სახელი “ლეპტონი” შემოთავაზებულ იქნა ლ. როზენფელდის მიერ 1948 წელს და მიუნიშნებდა ფაქტზე, რომ იმ დროისათვის ცნობილი ყველა ლეპტონი მნიშვნელოვნად მსუბუქი იყო ბარიონების (მძიმე) ჯგუფში შემავალ ნაწილაკებზე. ამჟამად, სახელწოდების ეტიმოლოგია ბოლომდე ვერ შეესაბამება სინამდვილეს, რადგან 1977 წელს აღმოჩენილი ტაუ-ლეპტონი ორჯერ მძიმე აღმოჩნდა ყველაზე მსუბუქ ბარიონებზე, პროტონზე და ნეიტრონზე. არსებობს ლეპტონების სამი თაობა, პლიუს შესაბამისი ანტინაწილაკები:
1- ელექტრონი, ელექტრონული ნეიტრინო(არა ნეიტრონი!!!)
2- მიუონი, მიუონური ნეიტრინო
3- ტაუ-ლეპტონი, ტაუ-ნეიტრინო

 მიუონი – უარყოფითი მუხტის მქონე არასტაბილური ელემენტარული ნაწილაკი. ელექტრონთან, ტაუ-ლეპტონთან და ნეიტრინოსთან ერთად იგი კლასიფიცირდება, როგორც ფერმიონების (ფერმიონები, მატერიის შემაგდნელი ნაწილაკებია, ბოზონები კი მათ შორის ურთიერთქმედებათა გადამტანი ნაწილაკები) ოჯახის ლეპტონური ნაწილი (ატომი).

 ანომალიური მაგნიტური მომენტის (a) არანულოვანი მნიშვნელობა, ნაწილაკებისა და ვირტუალური ნაწილაკების – ვაკუუმის კვანტური ფლუქტუაციები (კაზიმირის დინამიური ეფექტის აღმოჩენის შესახებ), ურთიერთქმედების შედეგია. a-ს სიდიდეს თუ გავიგებთ, ყველა ზემოქმედი ველის ჯამური წილი გვეცოდინება, მათ შორის იმათიც, რომლებიც სტანდარტულ მოდელში არ გვაქვს, ანუ მათ შესახებ არაფერი ვიცით.

მაგნიტური მომენტი

მაგნიტური თვისებები  ელემენტარულ ნაწილაკებსაც აქვთ – ატომის ბირთვებს, ატომის ელექტრონულ გარსებსა და მოლეკულებს. ელემენტარული ნაწილაკების მაგნიტური მომენტი (ელექტრონების, პროტონების, ნეიტრონების და ა.შ.), როგორც კვანტური მექანიკა გვიჩვენებს, მათი საკუთარი მექანიკური მომენტით, ე.წ. სპინით არის განპირობებული. ეს სუფთად კვანტური მახასიათებელია, არ უკავშირდება ნაწილაკის ბრუნვას, როგორც მაგალითად, მუხტი (დადებითი, უარყოფოთი, ნეიტრალური), კვანტური რიცხვი და ა.შ. (რა არის სპინი?).

 ელექტრონის ანომალიური მაგნიტური მომენტის სიდიდე, თითქმის მთლიანად, ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებით განისაზღვრება, ხოლო მიუონის ანომალიური მაგნიტური მომენტის შემთხვევაში, ელექტრომაგნიტური წვლილი გარკვეულწილად შესუსტებულია. ის, რომ მიუონი 207-ჯერ მასიურია ელექტონზე, მასზე მოქმედი უცნობი ველების “დანახვას” აადვილებს, ისეთების, რომლებიც კვანტური ელექტროდინამიკის – ძლიერი და სუსტი ურთიერთქმედების, და სტანდარტული მოდელის ჩარჩოებში ვერ ეწერება. ამან იმთავითვე დიდი ინტერესი გამოიწვია მიუონის ანომალიური მაგნიტური მომენტის სიდიდის გაზომვის მიმართ, ვიდრე ელექტრონისა, იმ მნიშვნელობითაც კი, რომელიც ელექტრონის ანომალიური მაგნიტური მომენტის მნიშვნელობაზე გაცილებით არაზუსტია.

 ახალი ფიზიკის ძებნაში, ანომალიური მაგნიტური მომენტების კვლევით, უკეთესი იქნებოდა კიდევ უფრო მასიური ნაწილაკების გამოყენება, ვიდრე ელექტრონები და მიუონებია, მაგალითად, ტაუ-ლეპტონები, თუმცა მათი გენერირება ძნელია და ისინი ძალიან სწრაფადაც იშლება (ყველა ნაწილაკს აქვს სიცოცხლის გარკვეული ხანგრძლივობა).

 მეცნიერთა გამახვილებულ ინტერესს მიუონის ანომალიური მაგნიტური მომენტის ექსპერიმენტული მნიშვნელობა კიარ იწვევს, არამედ განსხვავება სტანდარტული მოდელით ნავრაუდევ მნიშვნელობასთან.

 Physical Review Letters-ში ახლახანს გამოქვეყნებული ექსპერიმენტური მნიშვნელობა მიუონებისთვის, თეორიულისგან უმნიშვნელოდ არის განსხვავებული, ე.წ. სტატისტიკური მნიშვნელობით 4,2 სიგმა. აღმოჩენა მაშინ ითვლება აღმოჩენად, როცა მისი მნიშვნელობა 5 სიგმას უტოლდება. მიუხედავად ამისა, ამ მიზერულმა გადახრამაც კი შეიძლება გამოიწვიოს ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის გეზის ცვლილება.

როგორ აღმოაჩინეს ანომალია

 წარმოიდგინეთ, რომ მიუონები პაწაწინა ისრიანი საათებია. მაგნიტის გარშემო მათ ბრუნვასთან ერთად, ამ პატარა საათის ისრის ბრუნვა სტანდარტული მოდელით ნავარაუდევი მნიშვნელობით უნდა ხდებოდეს. ელექტრონისგან განსხვავებით, მიუონი არასტაბილური ნაწილაკია, გარკვეული დროის მერე ის სხვა ნაწილკებად იშლება, მათ შორის – პოზიტრონად, რომელიც ელექტრონის ანტინაწილაკს წარმოადგენს. ეს პოზიტრონი წარმოსახვითი საათის ისრის მიმართულებით უნდა გაიტყორცნოს, ხოლო თუ ისარი თეორიულისგან განსხვავებული სიჩქარით მოტრიალდა, პოზიტრონი სხვა მიმართულებით გაფრინდება (ამ ანალოგიით, მიუონის საათის ისარი მის სპინს შეესაბამება, კვანტურ თვისებას, რომელიც მოუონის დაშლის მიმართულებას განსაზღვრავს). თუ სხვა მიმართულებით გადახრილი პოზიტრონები ბევრია, ანომალიაც სახეზეა.

 ახალი ფიზიკა

ფერმილაბის მკვლევარების მიერ გაკეთებული სენსაციური აღმოჩენა ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი რგოლია ჯაჭვისა, რომელიც სტანდარტული მოდელის ფარგლებს გარეთ შეიძლება გადიოდეს. ამავე დროს, ახალი ფიზიკის მაძიებელი თეორეტიკოსებისთვის კვლევების სივრცე შეზღუდულია. ნებისმიერი თეორია, რომელიც მიუონური ექსპერიმენტის შედეგების ახსნას ეცდება, აუცილებლად უნდა გაითვალისწინოს ის ფაქტი, რომ დიდ ადრონულ კოლაიდერში ახალი ნაწილაკები ჯერ ისევ არ გამოჩენილა (“ახალი ფიზიკის” ნიშნები CERN-ში).