Фізики розв’язали давню суперечність між розрахунками та вимірюваннями магнітних властивостей мюона — нестабільної частинки, схожої на електрон, але значно важчої за нього. Раніше цю невідповідність між теорією та експериментом вважали можливим натяком на існування невідомих частинок або сил природи. Нові обчислення показали, що магнітні властивості мюона все ж узгоджуються з уже відомими законами мікросвіту. Дослідження опублікували в Nature.

Детектор для дослідження мюонів Європейської організації з ядерних досліджень. CMS Experiment / CERN

Як фізики узгодили теорію та експеримент?

Понад півстоліття фізики намагалися з’ясувати, чому магнітні властивості мюона не збігаються з передбаченнями теорії. Головна складність полягала не у вимірюваннях, а в обчисленнях: для точного прогнозу потрібно врахувати сильну взаємодію — найскладнішу для теоретичного опису фундаментальну силу природи, яка утримує разом складові атомних ядер і суттєво впливає на розрахунки поведінки елементарних частинок. Саме вона вносила найбільшу невизначеність у результат, через що розбіжність між теорією та експериментом довго вважали одним із найперспективніших натяків на нову фізику.

Значення магнітного моменту мюона, встановлене в цій роботі (позначене помаранчевим), порівняно з передбаченнями Стандартної моделі (зеленим) і вимірюваннями з інших робіт. Boccaletti et al. / Nature, 2026

У новій роботі дослідники зосередилися на найскладнішій частині обчислень. Вони розраховували магнітний момент мюона — величину, яка показує, як ця частинка реагує на магнітне поле. Для цього науковці використали метод решіткової квантової хромодинаміки, тобто змоделювали сильну взаємодію на суперкомп’ютерах, розбивши простір і час на дуже дрібну решітку. Такі розрахунки на малих і середніх відстанях автори поєднали з найнадійнішими експериментальними даними на великих відстанях, де попередні вимірювання вже добре узгоджувалися між собою. Крім того, вони використали тоншу решітку, ніж у попередніх роботах, аби ще більше зменшити похибку. Після понад десяти років роботи це дало найточніший розрахунок магнітного моменту мюона, а давня розбіжність між теорією та вимірюваннями майже зникла.

Які ще дослідження квантової фізики ставили під сумнів Стандартну модель

⚛️ Фізики з найбільшою точністю виміряли масу W-бозона, і вона теж узгодилася зі Стандартною моделлю, хоча попереднє вимірювання натякало на можливу нову фізику.

🔬 Попередні вимірювання магнітного моменту мюона, навпаки, посилили натяк на нову фізику, оскільки показали розбіжність між теорією та експериментом.

💥 У CERN також уперше виміряли рідкісний розпад каона – ще один процес, у якому фізики шукають можливі відхилення від Стандартної моделі.