Les physiciens de l’expérience Muon G-2 ont libéré leur troisième mesure de l’anomalie magnétique Muon. Le résultat final est d’accord avec leurs résultats publiés de 2021 et 2023, mais avec une bien meilleure précision de 127 parties par milliard, dépassant l’objectif de conception expérimentale originale de 140 parties par million.
L’expérience Muon G-2 regarde l’oscillation d’une particule fondamentale appelée le muon.
Les muons sont similaires aux électrons mais environ 200 fois plus massifs; Comme les électrons, les muons ont une propriété mécanique quantique appelée spin qui peut être interprétée comme un minuscule aimant interne.
En présence d’un champ magnétique externe, l’aimant interne bordera – ou précède – comme l’axe d’un sommet en rotation.
La vitesse de précession dans un champ magnétique dépend des propriétés du muon décrites par un nombre appelé le facteur G.
Les physiciens théoriques calculent le facteur G en fonction de la connaissance actuelle du fonctionnement de l’univers à un niveau fondamental, qui est contenu dans le modèle standard de physique des particules.
Il y a près de 100 ans, la valeur de G devrait être 2. Mais les mesures expérimentales ont rapidement montré que G était légèrement différent de 2 par une quantité connue sous le nom d’anomalie magnétique du muon, Aμ, calculée avec (G-2) / 2. L’expérience Muon G-2 tire son nom de cette relation.
L’anomalie magnétique du muon code pour les effets de toutes les particules de modèle standard, et les physiciens théoriques peuvent calculer ces contributions à une précision incroyable.
Mais les mesures précédentes prises au Brookhaven National Laboratory dans les années 1990 et 2000 ont montré une différence possible avec le calcul théorique à l’époque.
Lorsque l’expérience ne s’aligne pas sur la théorie, cela pourrait indiquer une nouvelle physique.
Plus précisément, les physiciens se demandaient si cette divergence pouvait être causée par des particules non découvertes non encore en tirant sur la précession du muon.
Les physiciens ont donc décidé de mettre à niveau l’expérience Muon G-2 pour effectuer une mesure plus précise.
En 2013, la bague de stockage magnétique de Brookhaven a été transportée de Long Island, New York, à Fermilab à Batavia, Illinois.
Après des années de mises à niveau et d’améliorations importantes, l’expérience Fermilab Muon G-2 a commencé le 31 mai 2017.
En parallèle, une collaboration internationale de théoriciens a formé l’initiative de théorie Muon G-2 pour améliorer le calcul théorique.
En 2020, l’initiative théorique a publié une valeur de modèle standard mise à jour et plus précise basée sur une technique qui utilise des données d’entrée d’autres expériences.
L’écart avec le résultat de cette technique a continué de croître en 2021 lorsque Fermilab a annoncé son premier résultat expérimental, confirmant le résultat de Brookhaven avec une précision légèrement améliorée.
Dans le même temps, une nouvelle prédiction théorique est sortie sur la base d’une deuxième technique qui repose fortement sur le pouvoir de calcul.
Ce nouveau nombre était plus proche de la mesure expérimentale, rétrécissant l’écart.
Récemment, l’initiative théorique a publié une nouvelle prédiction combinant les résultats de plusieurs groupes qui ont utilisé la nouvelle technique de calcul.
Ce résultat reste plus proche de la mesure expérimentale, en atténuant la possibilité d’une nouvelle physique.
Cependant, l’effort théorique continuera de travailler pour comprendre l’écart entre les approches basées sur les données et les approches informatiques.
La dernière valeur expérimentale du moment magnétique du muon de l’expérience Fermilab est:
unμ = (G-2) / 2 (muon, expérience) = 0,001 165 920 705
Cette mesure finale est basée sur l’analyse des trois dernières années de données, prises entre 2021 et 2023, combinées avec les ensembles de données publiés précédemment.
Cela a plus que triplé la taille de l’ensemble de données utilisé pour leur deuxième résultat en 2023, et il a permis à la collaboration d’atteindre enfin son objectif de précision proposé en 2012.
Il représente également une analyse des données de meilleure qualité de l’expérience.
Vers la fin de leur deuxième prise de données, la collaboration Muon G-2 a terminé les ajustements et les améliorations de l’expérience qui a amélioré la qualité du faisceau de muon et des incertitudes réduites.
« Le moment magnétique anormal, ou G-2, du muon est important car il fournit un test sensible du modèle standard de physique des particules », a déclaré Regina Rameika, directrice associée du ministère de l’Énergie américain pour l’Office of High Energy Physics.
«C’est un résultat passionnant et c’est formidable de voir une expérience se terminer définitive avec une mesure de précision.»
«Ce résultat tant attendu est une énorme réalisation de la précision et restera la mesure la plus précise au monde de l’anomalie magnétique muon pendant de nombreuses années à venir.»
«Malgré les défis récents avec les prédictions théoriques qui réduisent les preuves de la nouvelle physique de Muon G-2, ce résultat fournit une référence stricte pour les extensions proposées du modèle standard de physique des particules.»
« C’est un moment très excitant car nous avons non seulement atteint nos objectifs, mais nous les avons dépassés, ce qui n’est pas très facile pour ces mesures de précision », a déclaré le Dr Peter Winter, physicien du Laboratoire national d’Argonne et co-porte-parole de la collaboration Muon G-2.
«Avec le soutien des agences de financement et du laboratoire d’accueil, Fermilab, il a été très réussi dans l’ensemble, car nous avons atteint ou dépassé à peu près tous les éléments que nous visions.»
«Depuis plus d’un siècle, le G-2 nous enseigne beaucoup sur la nature de la nature», a déclaré le professeur de l’Université Cornell, Lawrence Gibbons.
« C’est excitant d’ajouter une mesure précise qui, je pense, sera longtemps. »
« Comme il le fait depuis des décennies, le moment magnétique du Muon continue d’être une référence rigoureuse du modèle standard », a déclaré le Dr Simon Corrodi, physicien au Argonne National Laboratory.
«Le nouveau résultat expérimental jette un nouvel éclairage sur cette théorie fondamentale et définira la référence pour tout nouveau calcul théorique à venir.»
Les nouveaux résultats apparaîtront dans la revue Physical Review Letters.
