Comportamentul ciudat al unei particule fundamentale, denumite miuon, poate sugera existența unor particule și a unor forțe exotice dincolo de modelul standard al fizicii. Deși, în trecut, au mai existat indicii ale acestei anomalii, un nou set de măsurători a crescut probabilitatea ca aceasta să fie reală.
Miuonii sunt particule încărcate electric. Așadar, atunci când acestea sunt plasate într-un câmp magnetic, particulele încep să se rotească. Fizicienii pot măsura frecvența acestor rotații datorită unui fenomen denumit precesiune, în care axa de rotație a particulei se clatină ușor, permițându-le cercetătorilor realizeze un „wiggle plot”.
Frecvența cu care miuon se rotește atunci când acesta este expus la un câmp magnetic este determinată de interacțiunile sale cu alte particule și forțe, reprezentate printr-un număr, denumit factor g. Folosind modelul fizic standard al particulelor, cercetătorii pot determina, cu o precizie extremă, acest număr.
Totuși, în anul 2006, rezultatele experimentale obținute în cadrul Laboratorului Național Brookhaven din New York au început să devieze de la aceste predicții teoretice. Mai exact, viteza de rotație a miuonilor era mai mare decât ar fi trebuit. Rezultatele nu au fost suficient de semnificative statistic pentru a demonstra că modelul standard era greșit, dar au fost un motiv de îngrijorare.
În prezent, în urma realizării unui nou set de experimente în cadrul Fermilab din Illinois au fost confirmate îngrijorările cu privire la acele rezultate din trecut. „Deși în cadrul laboratorului Brookhaven ar fi putut exista o eroare, în cadrul Fermilab, care are o configurație mult mai sofisticată, au fost obținute aceleași rezultate”, a declarat William Morse din cadrul Laboratorului Național Brookhaven.
Cel mai probabil, această anomalie apare din cauza unor fenomene mecanice cuantice, denumite particule virtuale. Acestea sunt perechi formate dintr-o particulă de materie și una de antimaterie, care apar datorită fluctuațiilor cuantice, înainte de a dispărea din nou, câteva clipe mai târziu. Deși aceste perechi există pentru puțin timp, ele pot afecta comportamentul particulelor reale, precum miuonii.
Deoarece aceste perechi virtuale sunt aleatorii și provin din mediul spațiul-timp, ele pot fi formate din orice tip de particulă. Unele dintre acestea ar putea fi cunoscute deja (spre exemplu, un electron și omologul său de antimaterie, adică un pozitron, pot forma o astfel de pereche), dar altele ar putea fi ceva mai exotic. „Nu sunt doar particulele cunoscute, ci și altele, care nu au fost încă descoperite”, a declarat Joe Price din cadrul Universității din Liverpool, Marea Britanie, care face parte din echipa din cadrul Fermilab.
Modelele utilizate pentru a prezice factorul g al miuonilor includ doar efectele așteptate de la particulele virtuale cunoscute. Totuși, dacă experimentele intră în conflict cu modelele existente, atunci poate apărea posibilitatea existenței atât a unor alte tipuri de particule, aflate dincolo de modelul standard, cât și a unor forțe ciudate, care să guverneze particule respective.
Rezultatele obținute în cadrul Fermilab vin în urma unui anunț conform căruia fizicienii din cadrul Large Hadron Collider, aflat în interiorul laboratorul de fizică a particulelor al Organizației Europene pentru Cercetare Nucleară (CERN), situat în apropiere de Geneva, Elveția, au descoperit o anomalie în ceea ce privește modul de descompunere al miuonilor. Price a declarat faptul că cele două descoperiri pot fi legate. „Acestea pot fi aceleași tipuri de fenomene fizice, privite dintr-un unghi diferit, sau pot fi fenomene fizice diferite”, a adăugat Prince.
La fel ca și măsurătorile efectuate în cadrul CERN, nu există suficiente date pentru a demonstra existența unor particule și forțe noi, dincolo de modelul standard. Cu toate acestea, cercetătorii din cadrul Fermilab au evaluat până acum doar o zecime din datele obținute în urma experimentelor efectuate. Price a declarat faptul că ar trebui să poată spune în curând dacă această anomalie este, într-adevăr, cauzată de o serie de particule exotice sau dacă este doar un artefact a incertitudinii statistice. De asemenea, aceste măsurători suplimentare pot ajuta la determinarea tipurilor de particule exotice care ar putea exista.
