Загадка, волновавшая физиков 60 лет, оказалась решена неожиданным образом

Более 60 лет мюон — элементарная частица, похожая на электрон, но в 200 раз тяжелее, — заставлял физиков сомневаться в Стандартной модели. Её магнитные свойства не совпадали с предсказаниями. Расхождение десятилетиями считалось главным намёком на существование неизвестных частиц или даже «пятой силы» природы — помимо гравитации, электромагнетизма, сильного и слабого взаимодействий.

Международная группа под руководством физика из Пенсильванского государственного университета пересчитала аномальный магнитный момент мюона — величину, обозначаемую как g-2. Использовали другой подход. Получили результат, практически совпадающий с экспериментальными данными. Расхождение сократилось до менее чем половины стандартного отклонения.

Руководитель исследования Золтан Фодор заявил: «Мы думали, что получим надёжное подтверждение новой силы. Вместо этого оказалось, что её нет. Но мы получили очень точное подтверждение не только Стандартной модели, но и квантовой теории поля». Точность — 11 знаков после запятой.

В чём была сложность

Главная проблема связана с сильным взаимодействием — силой, удерживающей кварки внутри протонов и нейтронов. В отличие от других взаимодействий, оно становится сильнее по мере увеличения расстояния между частицами. Это делает расчёты крайне трудными.

Для решения задачи учёные использовали метод решеточной квантовой хромодинамики. Пространство и время разбили на сверхмелкую сетку и численно решили уравнения Стандартной модели на суперкомпьютерах. Дополнительно объединили вычисления с уже имеющимися экспериментальными данными, что повысило точность.

Что это значит

Работа не исключает существование новой физики полностью. Но один из самых сильных аргументов в пользу «пятой силы» теперь выглядит гораздо менее убедительным. Мюон перестал быть аномалией.

Вопрос, который остаётся за рамками исследования: если за 60 лет никто не заметил ошибку в расчётах — сколько ещё скрытых просчётов спрятано в фундаменте современной физики? И не обрушится ли очередное «уточнение» с такой же неизбежностью, когда в дело вступят новые вычислительные мощности?