Penjelasan Anomali Muon g-2

Baru-baru ini digemparkan dengan keputusan hasil eksperimen Fermilab Muon g-2 yang dapat mengubah landskap fizik yang baru apabila pengukuran baru dari eksperimen Mu-g-2 di Fermilab sangat mempersetujui dengan nilai yang terdapat di Brookhaven menyimpang dari teori dengan pengukuran yang paling tepat sehingga kini. Oleh itu mari kita mengenali terlebih dahulu apa itu muon dan penjelasan bagi anomali muon g-2.

         Muon adalah sepupu elektron yang lebih berat. Sama seperti elektron, ia mempunyai momen magnet(magnetic moment) yang berasal dari cas dan kuantum mejamnya(quantum spin). Seperti semua zarah bermuatan, ia cenderung berinteraksi dengan dirinya sendiri dalam medan magnet, dan dalam prosesnya, ia menghasilkan zarah lain yang wujud seketika waktu dalam jangka masa tertentu.

     Ia melakukan ini dengan cara mekanikal kuantum, yang bermaksud ia menghasilkan banyak kombinasi zarah sepanjang masa, dan semuanya pada masa yang sama. Ini bermakna bahawa apabila anda melihat muon, anda tidak hanya melihat muon; anda juga melihat jumlah zarah maya yang tidak terhingga yang selalu dibuatnya. Setiap zarah ini mempengaruhi momen magnet muon dengan cara yang dapat diukur, mengubah nilainya.

            Dengan menggunakan katalog zarah yang diketahui, kita dapat meramalkan perubahan ini dan membandingkannya dengan ukuran ujikajinya. Tetapi bagaimana jika kedua-dua nilai itu tidak sama? Mungkinkah kita salah mengenai zarah mana yang dapat dihasilkan muon? atau adakah keseluruhan formulasi fizik kita tidak betul? Itulah misteri momen magnet muon. Ini adalah salah satu ujian kuantiti fizikal yang paling tepat dalam sejarah manusia. 20 tahun yang lalu, Brookhaven National Lab mengukurnya dan mendapati ia berbeza daripada nilai teori sebanyak 2.7σ. Sejak itu, nilai teori semakin tepat, dan sekarang Fermi Nasional Lab telah membuat pengukuran yang lebih tepat:

- Muon berputar di dalam cincin storan(storage ring).

- Pengesan menangkap muon ketika mereka menyusut(decaying) menjadi elektron.

- Tenaga elektron bergantung pada arah momen magnet muon.

- Apabila momen menunjuk ke hadapan, elektron yang menyusut mempunyai tenaga yang lebih sedikit.

- Turun-naik tenaga elektron yang keluar dari gelang memberitahu anda nilai momen magnet muon.

         Fermilab menghantar magnet gergasi dari Brookhaven, New York ke Chicago, meningkatkan eksperimen dengan ketara, dan mengulanginya dengan lebih banyak muon. Dengan pengukuran baru ini, perbezaan g kini 4.2σ memberikan bukti yang lebih kukuh bahawa ada sesuatu yang tidak kena. Mungkinkah muon itu mencipta zarah-zarah yang kita tidak tahu? yang mungkin menyelesaikan misteri lain dalam fizik? Itu semua adalah sebahagian dari carian kita untuk mengetahui bagaimana alam semesta berfungsi. Kita semua melihat sekeliling dan tertanya-tanya: bagaimana semua ini dapat terjadi? Satu perkara yang pasti: perburuan sedang berlangsung, dan penemuan baru sedang berada di kaki langit!

Hasil pertama eksperimen Muon g-2 di Fermilab mengesahkan hasil dari eksperimen yang dilakukan di Brookhaven National Lab dua dekad yang lalu. Bersama-sama, kedua-dua hasil menunjukkan bukti kuat bahawa muon menyimpang dari ramalan Model Piawai.