Muon g-2 должен был переписать законы Вселенной. А в итоге укрепил их до последнего знака. Что пошло не так?

В одном из самых грандиозных проектов современной экспериментальной физики поставлена жирная точка. Учёные международной коллаборации Muon g-2, работающей на базе американской лаборатории Fermilab, опубликовали окончательное значение магнитного аномального момента мюона — параметра, по которому физики вот уже десятилетия пытаются поймать «новую физику». Итог не только подтвердил предыдущие измерения 2021 и 2023 годов, но и продемонстрировал точность, превысившую изначальные амбиции проекта: достигнутая экспериментальная неопределённость составила 127 миллиардных долей (parts per billion), при целевом значении в 140 ppb.

Речь идёт об эффекте, связанном с квантово-механическим поведением мюона — тяжёлого родственника электрона, обладающего так называемым спином , который в магнитном поле начинает прецессировать, словно юла. Скорость этой прецессии зависит от g-фактора — характеристики, предсказываемой Стандартной моделью, но с одной оговоркой. Ещё в прошлом веке выяснилось, что реальное значение g немного отклоняется от теоретического «2». Именно это отклонение и называется магнитной аномалией — (g−2)/2, и именно его Muon g-2 измеряет.

Мюон представляет особый интерес для физиков потому, что его магнитное отклонение зависит от всех известных — и гипотетических — частиц и взаимодействий. Даже минимальное расхождение между теоретическими расчётами и реальными измерениями может намекать на существование новых фундаментальных явлений. Именно это и произошло в конце 1990-х, когда в лаборатории Брукхейвена (BNL) было получено первое тревожное несоответствие — с тех пор учёные по всему миру стремились проверить полученные данные с гораздо тщательнее.

В 2013 году из Брукхейвена в Фермилабу перевезли массивное кольцо магнитного накопителя, чтобы построить более совершенную версию установки. Новый эксперимент стартовал 31 мая 2017 года и за последующие шесть лет прошёл через серию усовершенствований: улучшили качество пучка мюонов, снизили систематические ошибки и откалибровали каждый элемент установки до последнего винтика.

Финальный результат, опубликованный 3 июня 2025 года, основан на анализе наиболее качественных данных — собранных с 2021 по 2023 год. За счёт доработок, проведённых в 2023-м, исследователи добились минимального уровня неопределённости: статистическая ошибка составила всего 114 частей на триллион, а систематическая — 91. Это более чем в три раза увеличило объём информации по сравнению с результатом 2023 года.

Окончательное значение магнитной аномалии составило
aμ = 0.001165920705 ± 0.000000000114 (стат.) ± 0.000000000091 (сист.)
Именно эта цифра, вероятно, останется мировым эталоном на долгие годы.

Тем временем и теоретики не оставались в стороне. Почти одновременно с основной фазой эксперимента стартовала международная инициатива Muon g-2 Theory Initiative — проект, собравший учёных из разных стран, чтобы заново пересчитать ожидаемое значение аномального момента мюона по Стандартной модели. В 2020 году они опубликовали обновлённую оценку, опираясь на данные из других экспериментов.

Но вскоре появилась альтернативная версия расчёта. Её получили при помощи численного моделирования с использованием суперкомпьютеров — и она оказалась ближе к наблюдаемым результатам. Это заметно уменьшило расхождение между теорией и практикой, на которое многие так надеялись.

Позже исследователи сопоставили обе методики и пришли к промежуточному выводу: прежний сигнал, который могли бы интерпретировать как намёк на «новую физику», теперь выглядит менее убедительным. Тем не менее, полное согласие между вычислительными и эмпирическими подходами пока не достигнуто — дискуссия по-прежнему продолжается.

Таким образом, Стандартная модель, вопреки ожиданиям, не рухнула под напором точных данных, а наоборот — получила суровое, почти безоговорочное подтверждение. Многие надеялись, что эксперимент обнаружит аномалию, указывающую на что-то за пределами известной картины мира, но природа снова проявила сдержанность.

Уникальность Muon g-2 — не только в точности, но и в способе организации работы. В состав коллаборации вошли 176 специалистов из 34 научных учреждений, включая команды из США, Италии, Японии и других стран. Примечательно, что в отличие от типичных экспериментов высоких энергий, здесь трудились не только физики-теоретики и экспериментаторы, но и специалисты по ускорителям, атомной и ядерной физике. Так что разнообразие компетенций оказалось ключом к успешному решению всех технических задач.

Хотя основная цель достигнута и анализ завершён, собранный массив данных ещё долго будет использоваться. В ближайшие годы Muon g-2 планирует выпустить новые результаты — например, по электрическому дипольному моменту мюона и проверке фундаментального принципа симметрии заряд-парность-время (CPT).

Пока японский ускорительный комплекс J-PARC только готовится к проведению нового измерения аномального момента в 2030-х годах, эксперименты Fermilab будут оставаться золотым стандартом.

Для многих участников проект за долгие годы стал не просто научным вызовом, но и частью жизни. Например, один из координаторов, работающий в проекте с 2011 года, признался, что закрытие эксперимента вызывает сложные чувства — с одной стороны, печаль, с другой — гордость за успехи команды и желание двигаться дальше.