A Fermilab kutatói nyilvánosságra hozták a Muon g-2 nevű kísérlet eredményeit. Ezek újabb adalékokkal járulnak hozzá ahhoz a képhez, amely szerint a részecskefizikai sztenderd modell csak részben fedi, ami az univerzumban ténylegesen zajlik.

A müonok az elektronokhoz hasonló részecskék, negatív töltéssel és hasonló spinnel bírnak, csak éppen 200-szor nehezebbek az elektronoknál. A sztenderd modell alapján a részecskefizikusoknak részletes elképzeléseik vannak arról, hogyan kellene viselkednie a müonoknak különböző helyzetekben, ha a modell nagyjából teljes. Így például a mágneses momentumáról is, ami a töltött részecske belső impulzusmomentumából eredő tulajdonság, és az általa generált mágneses mező erősségét és irányát jelzi.

Ha a müont mágneses mezőbe helyezik, mágneses momentuma precesszión, egyfajta imbolygáson megy át, mint egy asztallapon forgó pörgettyű. A sztenderd modell alapján megjósolhat a precesszió mértéke, amit az úgynevezett g-faktorral szoktak megadni, ennek értéke ebben az esetben majdnem pontosan 2-nek adódik.

És innen kezd érdekessé válni a dolog. Míg makroszkóposan az űrt egységesen majdnem üresnek és folytonosnak képzeljük el, kvantumszinten sokkal kaotikusabb a helyzet. A kvantummechanikai modell szerint az űr energiák ide-oda hullámzásából áll, ami a tömeg és az energia ekvivalenciája miatt azzal is jár, hogy időnként spontán szubatomi részecskepárok materializálódnak benne. Ezek a részecskék aztán rövidesen újra energiává válnak.

Ez a kaotikus kvantumvilágot nevezzük kvantumhabnak, amely befolyással van a benne létező tartósabban részecskékre is, beleértve a müonok mágneses mezőben való viselkedését. Ha nem lenne kvantumhab, a g-faktor nagyon közel lenne a 2-höz. A fel-felbukkanó részecskék azonban hatnak a müon imbolygására, anomáliát keltve a mágneses momentumban, ami eltérést eredményez a precesszióban. A sztenderd modell az anomália mértékét a már ismert részecskék és kölcsönhatások alapján tudja előre jelezni, meglehetősen nagy pontossággal.

A Muon g-2 kísérletben azt nézték meg, hogy ez az előrejelzés mennyire cseng össze a tényleges mérési eredményekkel. A müonokat nagyon stabil mágneses mezőbe helyezték, majd megvizsgálták precessziójukat, ami 0,00116592061-nek (±0,00000000041) adta az anomáliát. Csakhogy a sztenderd modell alapján az eltérésnek 0,00116591810-nek (±0,00000000043) kellene lennie.

A két érték közötti eltérés nem nagy, mindössze 0,0002 százalék, de ha valóban mindent tudnánk, ami a kvantumszinten számít, ekkora differenciának sem szabadna lennie. Az eltérés tehát azt sugallja, hogy a háttérben olyan erők és/vagy részecskék léteznek, amelyekről nem esik szó a sztenderd modellben, pedig a valóságban éreztetik hatásukat.

Már ha az eredmények valóban pontosak, ugyanis a közölt adatok szignifikanciaszintje nem éri el a részecskefizikában az igazolt felfedezéseknél elvárt 5 szigmát, hanem csak 4,2 szigmás. Ez így is azt jelenti, hogy 99,997 százalék a valószínűsége, hogy nem a véletlen, hanem egy tényleges, ismétlődő jelenség áll a háttérben, de a teljes igazoláshoz el kell érni a 99,999%-os megbízhatóságot.

Ez tervben is van, a kísérletet eddig háromszor futtatták le, és rövidesen sor kerül a negyedik és az ötödik sorozatra is, így elvileg a rövidesen bőven lesz elég adat a szignifikanciaszint megemeléséhez, ha a mérések továbbra is alátámasztják az eltérést. Ami rendkívüli érdekes lehet a jövőre nézve.

A sztenderd modell meglehetősen sikeres pályafutást tudhat maga mögött, például ennek keretében jósolták meg a pár éve ténylegesen is felfedezett Higgs-bozon létezését, de egyre biztosabbnak tűnik az is, hogy nem teljes. Az ilyen eredmények pedig segítenek annak feltérésében, hogy mely területeken tökéletlen, vagyis hol kell újabb részecskék vagy kölcsönhatások után kutatni.