Физики ограничили вклад еще не открытых бозонов в аномальный магнитный момент электрона
Эксперимент NA64 в ЦЕРНе не увидел следов еще не открытых легких бозонов в процессе рассеяния электрона высоких энергий на ядрах мишени, и тем самым ограничил возможный вклад таких частиц в аномальный магнитный момент электрона. Кроме того, физики обновили верхние пороги на константу взаимодействия таких частиц с электроном. Точность полученных ограничений на вклад бозонов в аномальный магнитный момент электрона оказалась на порядок меньше той точности, с которой сейчас удается его измерять. Это значит, что существование еще не открытых легких бозонов, взаимодействующих с электроном, не позволяет объяснить отклонения магнитного момента электрона от предсказаний Стандартной модели. Статья принята к публикации в журнале Physical Review Letters, а ее препринт доступен на сайте arxiv.org.
У электрона, как и у множества других частиц в рамках Стандартной модели, есть собственный магнитный момент. Фактически это значит, что с точки зрения магнитных свойств электрон — очень маленькая магнитная стрелка с очень слабым собственным магнитным полем. В первом приближении этот магнитный момент обусловлен спином частицы, причем величина этого магнитного момента пропорциональна спину электрона с коэффициентом из фундаментальных констант и так называемого g-фактора. Согласно предсказаниям Дирака, которые ученый получил еще в 1928 году, этот g-фактор для фермионов (к ним, в частности, относится электрон) должен быть равен двойке.
Позже, однако, стало ясно, что на самом деле это не так: на магнитный момент фермионов также влияют и виртуальные частицы, которые в рамках Стандартной модели непрерывно рождаются и исчезают парами в вакууме. В первом порядке такое взаимодействие описывается однопетлевыми диаграммами Фейнмана, а в случае электрона основной вклад в его магнитный момент дает его взаимодействие с квантами электромагнитного поля, что приводит к изменению его g-фактора на тысячные доли. Для того чтобы в точности предсказать значение магнитного момента фермиона нужно учесть его взаимодействие со всеми существующими в мире частицами. Все эти вклады объединяют в так называемый аномальный магнитный момент, равный полуразности реального магнитного момента частицы и предсказанной Дираком двойки.