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El experimento Muon G-2 refuerza el resultado sorpresa al establecer una «confrontación definitiva»

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El experimento Muon G-2 refuerza el resultado sorpresa al establecer una «confrontación definitiva»

El experimento Muon g-2 de Fermilab ha revelado una nueva medida de precisión de la propiedad magnética del muón, lo que sugiere partículas no descubiertas y un avance potencial en la física. Los resultados preparan el escenario para un enfrentamiento final entre la teoría actual y el experimento en 2025.

Los hallazgos en Fermilab muestran una brecha entre la teoría y el experimento, lo que podría conducir a una nueva física más allá del modelo estándar.

Los físicos ahora tienen una nueva medida de una propiedad del muón llamada momento magnético anómalo que mejora la precisión de su resultado anterior por un factor de 2.

Una colaboración internacional de científicos que trabajan en el experimento Muon g-2 en el Fermi National Accelerator Laboratory del Departamento de Energía de EE. UU. anuncio la muy esperada medida actualizada el 10 de agosto. Este nuevo valor refuerza la primer resultado anunciaron en abril de 2021, y plantea un enfrentamiento entre teoría y experiencia a lo largo de 20 años de preparación.

“Realmente estamos explorando nuevos territorios. Estamos determinando el momento magnético del muón con mayor precisión que nunca”, dijo Brendan Casey, científico principal de Fermilab que ha trabajado en el experimento Muon g-2 desde 2008.

Experimento muon g-2

El anuncio del 10 de agosto de 2023 es el segundo resultado del experimento Fermilab, dos veces más preciso que el primer resultado anunciado el 7 de abril de 2021. Credit: Ryan Postel, Fermilab

Más allá del modelo estándar

Los físicos describen cómo funciona el universo en su nivel más fundamental con una teoría conocida como el Modelo Estándar. Al hacer predicciones basadas en el modelo estándar y compararlas con los resultados experimentales, los físicos pueden discernir si la teoría está completa o si hay física más allá del modelo estándar.

Los muones son partículas fundamentales similares a los electrones pero unas 200 veces más masivas. Al igual que los electrones, los muones tienen un diminuto imán interno que, en presencia de un campo magnético, precede o se tambalea como el eje de un trompo. La tasa de precesión en un campo magnético dado depende del momento magnético del muón, generalmente representado por la letra gramo; en el nivel más simple, la teoría predice que gramo debe ser igual a 2.


Este video de siete minutos proporciona información adicional sobre los muones y el nuevo resultado de la colaboración Muon g-2.

La importancia de g-2

la diferencia de gramo de 2 – o gramo menos 2: se puede atribuir a las interacciones del muón con partículas en una espuma cuántica que lo rodea. Estas partículas parpadean dentro y fuera de la existencia y, como ‘compañeros de baile’ subatómicos, agarran la ‘mano’ del muón y cambian la forma en que el muón interactúa con el campo magnético. El modelo estándar incorpora todas las partículas conocidas de «pareja de baile» y predice cómo cambia la espuma cuántica gramo. Pero podría haber más. Los físicos están entusiasmados con la posible existencia de partículas aún desconocidas que contribuyen al valor de g-2 – y abriría la puerta a la exploración de nueva física.

Gordan Krnjaic, físico teórico de partículas en Fermilab y el Universidad de Chicago Instituto Kavli de Física Cosmológica, dilo New York Times que si persistía el desacuerdo experimental con la teoría, sería «la primera evidencia convincente de laboratorio de la nueva física». Y esta puede ser la primera vez que rompemos el modelo estándar.

Incertidumbres de medición

El nuevo resultado experimental, basado en los primeros tres años de datos, anunciado por la colaboración Muon g-2 es:
g-2 = 0,00233184110 +/- 0,00000000043 (est.) +/- 0,00000000019 (sist.)

La medida g-2 corresponde a una precisión de 0,20 partes por millón. La colaboración Muon g-2 describe el resultado en un documento que enviaron a Cartas de exploración física.

Con esta medida, la colaboración ya ha logrado su objetivo de reducir un tipo particular de incertidumbre: la incertidumbre causada por imperfecciones experimentales, denominadas incertidumbres sistemáticas.

Muon g-2 Resultados

Debido a la gran cantidad de datos adicionales incluidos en el anuncio del análisis de 2023, el último resultado de la colaboración Muon g-2 es más del doble de preciso que el primer resultado anunciado en 2021. Crédito: colaboración Muon g-2

«Esta medida es un logro experimental increíble», dijo Peter Winter, co-portavoz de la colaboración Muon g-2. «Reducir la incertidumbre sistemática a este nivel es un gran problema y es algo que no esperábamos lograr tan pronto».

Si bien la incertidumbre sistemática total ya superó el objetivo de diseño, el aspecto más amplio de la incertidumbre, la incertidumbre estadística, está determinado por la cantidad de datos analizados. El resultado anunciado hoy suma dos años más de datos a su primer resultado. El experimento Fermilab alcanzará su máxima incertidumbre estadística una vez que los científicos incorporen los seis años de datos en su análisis, que la colaboración pretende completar en los próximos dos años.

Detalles de la experiencia

Para realizar la medición, la colaboración Muon g-2 envió repetidamente un haz de muones a un anillo de almacenamiento magnético superconductor de 50 pies de diámetro, donde dieron unas 1000 vueltas a casi la velocidad de la luz. Los detectores alrededor del anillo permitieron a los científicos determinar la tasa de precesión de muones. Los físicos también deben medir con precisión la intensidad del campo magnético para luego determinar el valor de g-2.

El experimento Fermilab reutilizó un anillo de almacenamiento construido originalmente para el experimento Muon g-2 anterior en el Laboratorio Nacional Brookhaven del DOE que finalizó en 2001. En 2013, la colaboración transportado el anillo de almacenamiento 3200 millas desde Long Island, Nueva York, hasta Batavia, Illinois. Durante los siguientes cuatro años, la colaboración reunió el experimento con técnicas, instrumentos y simulaciones mejoradas. El objetivo principal del experimento Fermilab es reducir la incertidumbre de g-2 por un factor de cuatro en comparación con el resultado de Brookhaven.

Además del conjunto de datos más grande, esta última medición de g-2 se mejora con las actualizaciones del propio experimento Fermilab.

«Esta puede ser la primera vez que rompemos el patrón estándar».

Gordan Krnjaic, Fermilab y científico de UCChicago

Conclusión: el futuro de la experiencia

«Nuestra nueva medición es muy emocionante porque nos lleva mucho más allá de la sensibilidad de Brookhaven», dijo Graziano Venanzoni, profesor de la Universidad de Liverpool afiliado al Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear en Pisa y coautor del Muon. experimento g-2. en Fermilab.

Además del conjunto de datos más grande, esta última medición de g-2 se mejora con las actualizaciones del propio experimento Fermilab. “Mejoramos muchas cosas entre nuestro primer año de recopilación de datos y nuestro segundo y tercer año”, dijo Casey, quien recientemente completó su mandato como co-portavoz de Venanzoni. «Estamos constantemente mejorando la experiencia».

El experimento «realmente funcionó a toda máquina» durante los últimos tres años de recopilación de datos, que finalizaron el 9 de julio de 2023. Fue entonces cuando la colaboración cerró el haz de muones, concluyendo el experimento después de seis años de recopilación de datos. . Lograron el objetivo de recopilar un conjunto de datos 21 veces más grande que el conjunto de datos de Brookhaven.

Los físicos pueden calcular los efectos de los conocidos «compañeros de baile» del modelo estándar en el muón g-2 con una precisión increíble. Los cálculos tienen en cuenta las fuerzas electromagnética, nuclear débil y nuclear fuerte, incluidos fotones, electrones, quarks, gluones, neutrinos, bosones W y Z y el bosón de Higgs. Si el modelo estándar es correcto, esta predicción ultraprecisa debería coincidir con la medición experimental.

Calcular la predicción del modelo estándar para el muón g-2 es muy difícil. En 2020, la Iniciativa de Teoría Muon g-2 anuncio el mejor Predicción del modelo estándar para el muón g-2 disponible en ese momento. Pero una nueva medición experimental de los datos que impulsan la predicción y un nuevo cálculo basado en un enfoque teórico diferente, la teoría del calibre de celosía, están en tensión con el cálculo de 2020. Los científicos de la iniciativa Muon g-2 Theory pretenden tener una nueva predicción mejorada disponible en los próximos dos años que considera ambos enfoques teóricos.

La colaboración Muon g-2 incluye a casi 200 científicos de 33 instituciones en siete países y hasta el momento tiene cerca de 40 estudiantes que han recibido sus doctorados en base a su trabajo en el experimento. Los colaboradores ahora pasarán los próximos dos años analizando los últimos tres años de datos. “Esperamos otro factor de precisión de dos al final”, dijo Venanzoni.

La colaboración planea publicar su medición final y más precisa del momento magnético del muón en 2025, estableciendo el enfrentamiento definitivo entre la teoría y el experimento del Modelo Estándar. Hasta entonces, los físicos tienen una medición nueva y mejorada del muón g-2 que es un paso importante hacia su objetivo físico final.

La colaboración Muon g-2 presentó este articulo cientifico para publicación.

Aquí está grabación del seminario científico celebrada el 10 de agosto de 2023.

El experimento Muon g-2 cuenta con el apoyo del Departamento de Energía (Estados Unidos); Fundación Nacional de Ciencias (EE.UU.); Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Italia); Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas (Reino Unido); Sociedad Real (Reino Unido); Unión Europea Horizonte 2020; Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China; MSIP, NRF e IBS-R017-D1 (República de Corea); y la Fundación Alemana de Investigación (DFG).

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Boeing repara una pequeña fuga de helio en la nave espacial Starliner

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Boeing repara una pequeña fuga de helio en la nave espacial Starliner
Agrandar / Una vista aérea de la nave espacial Starliner de Boeing y el cohete Atlas V de United Launch Alliance dentro de la Instalación de Integración Vertical de la estación espacial en Cabo Cañaveral, Florida.

Boeing se está tomando unos días más para resolver una pequeña fuga de helio en la nave espacial Starliner que está programada para transportar a dos astronautas de la NASA para un vuelo de prueba a la Estación Espacial Internacional, dijeron funcionarios el martes.

Eso significa que el primer lanzamiento tripulado de la nave espacial Starliner de Boeing, con años de retraso y más de 1.400 millones de dólares por encima del presupuesto, no se llevará a cabo hasta el próximo martes 21 de mayo a las 4 p. m. EDT (8:43 p. m. UTC). El cumplimiento de este cronograma supone que los ingenieros puedan familiarizarse con la fuga de helio. Los funcionarios de Boeing y la NASA, que gestiona el contrato multimillonario de la tripulación comercial del Boeing Starliner, habían previsto previamente el viernes 17 de mayo para el primer lanzamiento de la nave espacial con astronautas a bordo.

El equipo de tierra de Boeing rastreó la fuga hasta una brida de un propulsor en el sistema de control de reacción único del módulo de servicio de la nave espacial.

Hay 28 propulsores del sistema de control de reacción (esencialmente pequeños motores de cohetes) en el módulo de servicio Starliner. En órbita, estos propulsores se utilizan para correcciones menores de trayectoria y para dirigir la nave espacial en la dirección correcta. El módulo de servicio tiene dos juegos de motores más potentes para ajustes orbitales más grandes y maniobras de aborto de lanzamiento.

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El sistema de propulsión de la nave espacial está presurizado con helio, un gas inerte. Los propulsores queman una mezcla tóxica de hidracina y tetróxido de nitrógeno. El helio no es combustible ni tóxico, por lo que una pequeña fuga probablemente no suponga un problema importante de seguridad en tierra, pero el sistema de propulsión debe mantener la presión para que los propulsores funcionen en el espacio.

Hasta ahora, múltiples contratiempos técnicos han impedido que el programa Starliner de Boeing llegue a este punto. Esos contratiempos incluyeron una fuga de combustible en un banco de pruebas, fallas de software durante el primer vuelo de prueba no tripulado de Starliner y válvulas corroídas en el sistema de propulsión de la nave espacial. A medida que se acercaba un intento de lanzamiento el verano pasado, Boeing y la NASA descubrieron otros dos problemas (material inflamable dentro de la cápsula y un eslabón débil en el sistema de paracaídas del Starliner) que retrasaron el vuelo de prueba de la tripulación durante casi un año.

Según la NASA, los ingenieros planean remediar la fuga de helio mediante «pruebas de naves espaciales y soluciones operativas». Es decir, los directivos no consideran la necesidad de reparar físicamente la fuga.

“Como parte de las pruebas, Boeing llevará el sistema de propulsión a presurización de vuelo como lo hace antes del lanzamiento, luego permitirá que el sistema de helio se ventile naturalmente para validar los datos existentes y reforzar la lógica de vuelo”, escribieron funcionarios de la NASA en un comunicado. publicación de blog el martes. La justificación del vuelo es el lenguaje que utiliza la NASA para ganar confianza al comprender un problema y sentirse seguro de que no representaría un riesgo adicional durante el vuelo.

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El cohete está listo para funcionar.

Un fallo de válvula en el cohete Atlas V que iba a lanzar la cápsula de tripulación Starliner de Boeing abortó el primer intento de lanzamiento del vuelo de prueba con tripulación el 6 de mayo en la estación espacial de Cabo Cañaveral, Florida. United Launch Alliance, la compañía que construye y opera el Atlas V, sacó el cohete y el Starliner de la plataforma de lanzamiento y los devolvió a un hangar la semana pasada para reemplazar la válvula de control de presión defectuosa del Atlas V.

Una vez instalada en el cohete, la nueva válvula funcionó normalmente durante las pruebas dentro del hangar de la ULA. La ULA devolverá el cohete a la plataforma de lanzamiento unos días antes del próximo intento de lanzamiento.

«Los equipos de la misión también llevaron a cabo una revisión exhaustiva de los datos del intento de lanzamiento del 6 de mayo y no están rastreando más problemas», dijo la NASA.

Los astronautas de la NASA Butch Wilmore y Suni Williams, comandante y piloto del vuelo de prueba Starliner, regresaron a su base en Houston para pasar más tiempo con sus familias y esperar la próxima fecha de lanzamiento de la misión. Regresarán al Centro Espacial Kennedy en Florida en los próximos días para los preparativos finales para el lanzamiento, dijo la NASA.

Wilmore y Williams, ambos pilotos de pruebas de la Marina de los EE. UU., supervisarán los sistemas de Starliner desde el lanzamiento hasta el acoplamiento a la Estación Espacial Internacional. Sus tareas incluyen tomar el control manual de la cápsula de la tripulación del Boeing para una serie de demostraciones de vuelo. Si todo va según lo planeado, pasarán al menos ocho días en la estación espacial antes de regresar a la Tierra a bordo de la nave espacial Starliner para un aterrizaje asistido por paracaídas y bolsas de aire en el suroeste de Estados Unidos, probablemente en White Sands, Nuevo México.

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Su estancia en la estación espacial podría prolongarse mientras esperan el buen tiempo en uno de los lugares de aterrizaje del Starliner. Con el próximo vuelo Starliner, Estados Unidos tendrá, por primera vez desde los albores de la era espacial, dos naves espaciales independientes con capacidad humana capaces de transportar personas a la órbita terrestre baja. Crew Dragon de SpaceX, que ganó un contrato de tripulación comercial con la NASA junto con Boeing en 2014, comenzó a transportar astronautas en 2020.

El contrato de tripulación comercial de la NASA con Boeing cubre seis vuelos operativos de rotación de tripulación hacia y desde la estación espacial. Un vuelo de prueba exitoso con Wilmore y Williams allanaría el camino para que Starliner realice la primera de estas misiones tripuladas de seis meses a principios del próximo año.

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Los átomos se han acercado más que nunca, revelando efectos cuánticos aparentemente imposibles

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Los átomos se han acercado más que nunca, revelando efectos cuánticos aparentemente imposibles

Los científicos han roto dos capas de átomos magnéticos ultrafríos a una distancia de 50 nanómetros entre sí (diez veces más cerca que en experimentos anteriores), revelando extraños efectos cuánticos nunca antes vistos.

La extrema proximidad de estos átomos permitirá a los investigadores estudiar por primera vez las interacciones cuánticas a esta escala de longitud y podría conducir a importantes avances en el desarrollo de superconductores y computadoras cuánticasinformaron los científicos en un nuevo estudio publicado el 2 de mayo en la revista Ciencia.

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La misteriosa luna de Júpiter, Amaltea, ha sido vista pasando por la Gran Mancha Roja (foto)

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La misteriosa luna de Júpiter, Amaltea, ha sido vista pasando por la Gran Mancha Roja (foto)

La nave espacial Juno de la NASA ha detectado la elusiva quinta luna de Júpiter transitando por la Gran Mancha Roja del planeta gigante, brindando a los astrónomos una vista poco común de este pequeño pero intrigante satélite natural.

JúpiterLas lunas más famosas de la astronáutica son sus cuatro satélites galileanos: yo, Europa, Ganímedes Y Calisto, cada uno de los cuales tiene varios miles de kilómetros de ancho. La quinta luna de Júpiter descubierta, y la quinta más grande de las 95 lunas conocidas del planeta, es Amaltea. Fue descubierto en 1892 por Edward Emerson Barnard, un astrónomo estadounidense que fue un destacado observador visual. También descubrió la estrella de Barnard, así como una gran cantidad de objetos oscuros. nebulosas.

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