Просмотр кода страницы Muon g-2

[[Файл:Fermilab g-2 (E989) ring.jpg|thumb|250px|[[Накопительное кольцо]] в [[Фермилаб]]е для эксперимента Muon {{Mvar|g}} − 2, который изначально разрабатывался для брукхевенского эксперимента {{Mvar|g}} − 2. Выбранная геометрия магнитов позволяет создать очень однородное магнитное поле в кольце.]]
'''Muon g-2'''<ref>{{книга| автор = Григорьевна Бородина Евгения| заглавие = Формирование физической картины мира. Учебное пособие| ссылка = https://books.google.co.uk/books?id=TAIQEQAAQBAJ&pg=PA222&dq=%D0%9C%D1%8E%D0%BE%D0%BD+g-2&hl=en&newbks=1&newbks_redir=0&sa=X&redir_esc=y#v=onepage&q=%D0%9C%D1%8E%D0%BE%D0%BD%20g-2| место = М., Вологда| издательство = Инфра-Инженерия| год = 2024| 7 = | страницы = 222| страниц = 296| isbn = 978-5-9729-1965-9| access-date = 2024-06-27| archive-date = 2024-06-27| archive-url = https://web.archive.org/web/20240627090614/https://books.google.co.uk/books?id=TAIQEQAAQBAJ&pg=PA222&dq=%D0%9C%D1%8E%D0%BE%D0%BD+g-2&hl=en&newbks=1&newbks_redir=0&sa=X&redir_esc=y#v=onepage&q=%D0%9C%D1%8E%D0%BE%D0%BD%20g-2| url-status = live}}</ref><ref>{{книга | автор = Дементьев Александр Алексеевич | заглавие = Популярная астрофизика. Философия космоса и пятое измерение | ссылка = https://books.google.co.uk/books?id=kXB7EAAAQBAJ&pg=PT157&dq=%D0%9C%D1%8E%D0%BE%D0%BD+g-2&hl=en&newbks=1&newbks_redir=0&sa=X&redir_esc=y#v=onepage&q=%D0%9C%D1%8E%D0%BE%D0%BD%20g-2 | издательство = АСТ | год = 2022 | страниц = 272 | isbn = 978-5-17-149038-6 | access-date = 2024-06-27 | archive-date = 2024-06-27 | archive-url = https://web.archive.org/web/20240627090607/https://books.google.co.uk/books?id=kXB7EAAAQBAJ&pg=PT157&dq=%D0%9C%D1%8E%D0%BE%D0%BD+g-2&hl=en&newbks=1&newbks_redir=0&sa=X&redir_esc=y#v=onepage&q=%D0%9C%D1%8E%D0%BE%D0%BD%20g-2 | url-status = live }}</ref> ('''E989'''{{sfn|Grange|2015|p=6}}, {{nobr|Muon {{Mvar|g}} − 2}}, произносится как «мюон джи минус два»<ref>{{cite web|author = Королев Владимир|url = https://nplus1.ru/news/2017/06/05/muon-g-2|title = Физики вернулись к исследованиям аномальных свойств мюона|website = https://nplus1.ru/|publisher = N+1|date = 2017-06-05|accessdate = 2023-08-19|archive-date = 2023-08-19|archive-url = https://web.archive.org/web/20230819065627/https://nplus1.ru/news/2017/06/05/muon-g-2|url-status = live}}</ref>){{refn|group=К|Несмотря на то, что название эксперимента связано с мюоном, который имеет отрицательный заряд, в основном эксперименты данного типа проводятся с положительно заряженными антимюонами.}} — эксперимент по [[Физика элементарных частиц|физике элементарных частиц]], поставленный в [[Фермилаб]]е с целью измерения [[Аномальный магнитный момент мюона|аномального магнитного момента]] [[мюон]]а с точностью до 0,14 [[Миллионная доля|ppm]]{{sfn|Grange|2015|p=6}}<ref>{{Cite web|url=http://muon-g-2.fnal.gov/|title=Muon g − 2 Experiment|lang=en|publisher=Fermilab|access-date=2017-04-26|archive-date=2015-12-09|archive-url=https://web.archive.org/web/20151209124100/http://muon-g-2.fnal.gov/|url-status=live}}</ref><ref name="NYT-20230810">{{Cite news|title=Physicists Move One Step Closer to a Theoretical Showdown - The deviance of a tiny particle called the muon might prove that one of the most well-tested theories in physics is incomplete. + comment|author=Miller, Katrina|url=https://www.nytimes.com/2023/08/10/science/physics-muons-g2-fermilab.html|website=[[The New York Times]]|date=2023-08-10|accessdate=2023-08-11|archiveurl=https://web.archive.org/web/20230811000933/https://www.nytimes.com/2023/08/10/science/physics-muons-g2-fermilab.html#permid=126945707|archivedate=2023-08-11|url-status=bot: unknown}}</ref>. Такая точность позволяет считать этот эксперимент одним из самых чувствительных тестов для предсказаний [[Стандартная модель|Стандартной модели]]<ref>{{Cite journal|author=Keshavarzi|first1=Alex|last2=Khaw|first2=Kim Siang|last3=Yoshioka|first3=Tamaki J. M.|date=2022-01-22|title=Muon g − 2: A review|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0550321322000268|journal=Nuclear Physics B|volume=975|pages=115675|doi=10.1016/j.nuclphysb.2022.115675|arxiv=2106.06723|bibcode=2022NuPhB.97515675K|ref=Keshavarzi, Khaw, and Yoshioka|access-date=2023-08-17|archive-date=2022-10-14|archive-url=https://web.archive.org/web/20221014075718/https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0550321322000268|url-status=live}}</ref>{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=540}}.

Мюон, как и его более лёгкий аналог — [[электрон]], ведёт себя как крошечный магнит<ref name=ИЯФ>{{cite web|author = |url = https://press.inp.nsk.su/press/novosti/25521-eksperiment-v-fermilab-v-dva-raza-uluchshil-tochnost-izmereniya-g-2-myuona-prodvinuvshis-v-poiskakh-novoj-fiziki-v-neizvedannuyu-oblast|title = Эксперимент в Фермилаб в два раза улучшил точность измерения g-2 мюона, продвинувшись в поисках Новой физики в неизведанную область|publisher = [[Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН|ИЯФ]]|date = 2023-08-10|accessdate = 2023-08-21|archive-date = 2023-08-21|archive-url = https://web.archive.org/web/20230821074322/https://press.inp.nsk.su/press/novosti/25521-eksperiment-v-fermilab-v-dva-raza-uluchshil-tochnost-izmereniya-g-2-myuona-prodvinuvshis-v-poiskakh-novoj-fiziki-v-neizvedannuyu-oblast|url-status = live}}</ref><ref name="FL-20210407" />.
Скорость вращения спина во внешнем магнитном поле определяется [[g-фактор]]ом мюона. Эту скорость вращения косвенно измеряют в эксперименте Muon {{Mvar|g}} − 2{{sfn|Keshavarzi, Khaw, and Yoshioka|2022|p=4}}.

Значение {{Mvar|g}}-фактора мюона немного превышает 2{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=540}}, что отражено в названии эксперимента. Малое отличие от 2 (его «[[Аномальный магнитный момент|аномальная]]» часть) вызвано [[Поляризация вакуума|флуктуациями вакуума]], влияние которых вычисляются методами [[Теория возмущений|теории возмущений]] [[Квантовая теория поля|квантовой теории поля]]. Измеряя величины {{Mvar|g}} − 2 с высокой точностью и, сравнивая его значение с предсказанным теоретическим значением, можно выяснить, насколько хорошо эти величины согласуются между собой. Отклонение экспериментального значения от предсказаний Стандартной модели указывало бы на существование ещё неоткрытых [[Список частиц#Гипотетические частицы|частиц]] или [[пятая сила|неизвестной силы]]<ref>{{Cite press release|title=Muon g − 2 Collaboration to solve mystery|publisher=Fermilab|url=http://muon-g-2.fnal.gov/1-muon-g-2-collaboration-to-solve-mystery.html|url-status=dead|access-date=2023-08-17|archive-date=2017-07-01|archive-url=https://web.archive.org/web/20170701180929/http://muon-g-2.fnal.gov/1-muon-g-2-collaboration-to-solve-mystery.html}}</ref><ref>{{Cite journal|author=Gibney|first=Elizabeth|date=April 13, 2017|title=Muons' big moment could fuel new physics|journal=Nature|volume=544|issue=7649|pages=145–146|doi=10.1038/544145a|pmid=28406224|bibcode=2017Natur.544..145G}}</ref>.

9 июля 2023 года ''коллаборация Muon g-2'' завершила наработку экспериментальных данных, продолжавшуюся шесть лет<ref name="endofdatataking">{{cite press release |title=Muon g-2 doubles down with latest measurement, explores uncharted territory in search of new physics |date=2023-08-10 |publisher=Fermilab |url=https://news.fnal.gov/2023/08/muon-g-2-doubles-down-with-latest-measurement/ |access-date=2023-08-17 |archive-date=2023-10-09 |archive-url=https://web.archive.org/web/20231009150945/https://news.fnal.gov/2023/08/muon-g-2-doubles-down-with-latest-measurement/ |url-status=live }}</ref>. Первые результаты, полученные после обработки данных первого года работы, были опубликованы 7 апреля 2021 года<ref>{{cite press release |title=First results from the Muon g − 2 experiment at Fermilab |date=2021-03-07 |publisher=Fermilab |url=https://theory.fnal.gov/events/event/first-results-from-the-muon-g-2-experiment-at-fermilab/ |access-date=2023-08-17 |archive-date=2021-04-10 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210410120031/https://theory.fnal.gov/events/event/first-results-from-the-muon-g-2-experiment-at-fermilab/ |url-status=live }}</ref>. Учёные сообщили, что результаты исследований мюонов отличаются от предсказаний Стандартной модели и, соответственно, могут потребовать пересмотра существующей модели элементарных частиц<ref name="FL-20210407">{{cite press release |last=Marc |first=Tracy |date=2021-04-07 |title=First results from Fermilab's Muon g − 2 experiment strengthen evidence of new physics |publisher=[[Fermilab]] |url=https://news.fnal.gov/2021/04/first-results-from-fermilabs-muon-g-2-experiment-strengthen-evidence-of-new-physics/ |access-date=2021-04-07 |archive-date=2021-04-07 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210407165822/https://news.fnal.gov/2021/04/first-results-from-fermilabs-muon-g-2-experiment-strengthen-evidence-of-new-physics/ |url-status=live }}</ref><ref name="NYT-20210407">{{Cite news|title=Finding from particle research could break known laws of physics|author=Overbye, Dennis|authorlink=:en:Dennis Overbye|url=https://www.nytimes.com/2021/04/07/science/particle-physics-muon-fermilab-brookhaven.html|website=[[The New York Times]]|date=2021-04-07|accessdate=2021-04-07|quote=It's not the next Higgs boson – yet. But the best explanation, physicists say, involves forms of matter and energy not currently known to science.|archive-date=2021-04-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20210407150451/https://www.nytimes.com/2021/04/07/science/particle-physics-muon-fermilab-brookhaven.html|url-status=live}}</ref>. Результаты первых трёх лет сбора данных коллаборация опубликовала в августе 2023 года. Ожидается, что окончательные результаты, основанные на статистике за полные шесть лет измерений, будут представлены в 2025 году<ref name="endofdatataking" />.

== История ==

=== ЦЕРН ===
[[Файл:Storage ring.jpg|мини|[[Накопительное кольцо]] для эксперимента Muon {{Mvar|g}} − 2 в ЦЕРНе.]]
Первый эксперимент Muon {{Mvar|g}} − 2 стартовал в [[ЦЕРН]]е в 1957 году по инициативе [[Ледерман, Леон Макс|Л. Ледермана]]<ref name="Farley-2004">{{Cite book|author=Farley, Francis|author-link=:en:Francis Farley|ответственный=Álvarez-Gaumé, Luis|chapter=The dark side of the muon|title=Infinitely CERN: Memories of fifty years of research, 1954–2004|location=Geneva, CH|publisher=Editions Suzanne Hurter|date=2004|pages=38–41|isbn=978-2-940031-33-7|editor1-link=Luis Álvarez-Gaumé}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://library.cern/archives/CERN_archive/guide/experimental_physics/SC/isamuon|title=Archives of Muon g − 2 experiment|website=CERN Archive|access-date=2020-03-04|year=2007|archive-date=2020-03-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20200304101410/http://library.cern/archives/CERN_archive/guide/experimental_physics/SC/isamuon|url-status=live}}</ref>{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=541}}. Группа из шести физиков организовала проведение этого опыта на [[синхроциклотрон]]е в ЦЕРНе. Опубликованные в 1960 году первые результаты согласовались с теоретическим значением в пределах 10 % точности. Этот вклад согласовался также с вычисленным [[Швингер, Джулиан|Д. Швингером]] вкладом в гиромагнитное отношение для электрона флуктуаций вакуума в квантовой электродинамике{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=541}}. g-фактор принято записывать в виде <math>g=2(1+a)</math>, где 2 — значение, предсказанное для дираковского фермиона, {{math|''a''}} — аномальный магнитный момент{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=540}}. Оказалось, что для лёгкого электрона теория хорошо согласуется с экспериментом, но для более тяжёлого мюона, вклад других взаимодействий в значение g-фактора увеличен в 43000 раз. Поэтому точное измерение этого параметра позволяет исследовать даже неизвестные взаимодействия за пределами Стандартной модели{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=541}}. Последующие эксперименты (CERN I) подтвердили предсказания квантовой электродинамики с точностью 0,4 %<ref name="Cabibbo1994">{{Cite book|author=Charpak|first1=Georges|author-link1=Шарпак, Жорж|last2=Garwin|first2=Richard L.|last3=Farley|first3=Francis J. M.|last4=Müller|first4=T.|ответственный=Cabibbo|chapter=Results of the g − 2 experiment|chapter-url=https://books.google.com/books?id=QixQ1Khsy_0C&pg=PA34|title=Lepton Physics at CERN and Frascati|publisher=World Scientific|date=1994|pages=34 ff|isbn=9789810220785}}</ref>{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=542}}.

Второй эксперимент (CERN II), начатый другой группой в 1966 году, проводился на [[протонный синхротрон|протонном синхротроне]] в ЦЕРНе, а полученные результаты оказались в 25 раз точнее предыдущих и показали несоответствие между экспериментальными значениями и теоретическими, что потребовало от физиков улучшения их теории{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=542}}.

Окончательные результаты третьего эксперимента (CERN III), начатого в 1969 году, представили в 1979 году<ref name="CombleyFarley1981">{{cite journal |last1=Combley |first1=F. |last2=Farley |first2=F. J. M. |last3=Picasso |first3=E. |year=1981 |title=The CERN muon (g − 2) experiments |journal=Physics Reports |volume=68 |issue=2 |pages=93–119 |issn=0370-1573 |doi=10.1016/0370-1573(81)90028-4 |bibcode=1981PhR....68...93C |url=https://cds.cern.ch/record/134110 |access-date=2023-08-17 |archive-date=2023-08-17 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230817102302/https://cds.cern.ch/record/134110 |url-status=live }}</ref> подтвердив тем самым теорию с точностью 0,00073 %. Точность этих измерений также позволила увидеть влияние сильных взаимодействий на гиромагнитное отношение{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=542}}.

В первых экспериментальных установках были отработаны технологии и методы для измерений аномального магнитного момента мюона, которые использовалась в последующих опытах{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=559}}. Соединённые Штаты взяли на себя проведение эксперимента Muon {{Mvar|g}} − 2 в 1984 году<ref name=muong2_CERN_website>{{cite press release |title=Enigma of the muon |publisher=European Organization for Nuclear Research (CERN) |url=http://public-archive.web.cern.ch/public-archive/en/research/G2-en.html |access-date=2018-07-19 |archive-date=2018-07-04 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180704133640/http://public-archive.web.cern.ch/public-archive/en/Research/G2-en.html |url-status=live }}</ref>.

=== Брукхейвенская национальная лаборатория ===
Следующая стадия исследований типа Muon {{Mvar|g}} − 2 проводились в [[Брукхейвенская национальная лаборатория|Брукхейвенской национальной лаборатории]] (BNL) с использованием протонного синхротрона [[AGS (синхротрон)|AGS]] для генерации пучка мюонов; эксперимент получил название '''E821'''<ref name="halfresults">{{Cite journal|author=Aguillard|first=D. P.|date=2023|title=Measurement of the Positive Muon Anomalous Magnetic Moment to 0.20 ppm|url=https://muon-g-2.fnal.gov/result2023.pdf|journal=Physical Review Letters|volume=131|issue=16|page=161802 |doi=10.1103/PhysRevLett.131.161802|pmid=|arxiv=2308.06230|accessdate=|archive-date=2023-08-11|archive-url=https://web.archive.org/web/20230811195904/https://muon-g-2.fnal.gov/result2023.pdf|url-status=live}}</ref>, но его также называли «мюонным экспериментом в БНЛ»<ref name="endofdatataking" />. Подготовка к эксперименту Muon {{Mvar|g}} − 2 в Брукхейвене проходила с 1989 по 1996 год, а данные для анализа поступали с 1997 по 2001 год<ref>{{Cite web|url=https://www.bnl.gov/science/g-2/|title=Muon g-2 Experiment|website=bnl.gov|date=2023-08-11|access-date=2023-08-17|archive-date=2023-08-11|archive-url=https://web.archive.org/web/20230811100648/https://www.bnl.gov/science/g-2/|url-status=live}}</ref>.

В новом опыты использовались методы, аналогичные последнему из экспериментов в ЦЕРНе, с целью двадцатикратного повышения точности{{sfn|Grange|2015|p=7}}. Техника включала циркуляцию мюонов с энергией 3,094 [[Электронвольт|ГэВ]] в однородном магнитном поле и наблюдение разницы прецессии спина мюона и частоты вращения посредством регистрации электронов при распадах мюонов. Повышение точности обеспечивалось в первую очередь более интенсивным (на два порядка) чем в ЦЕРНе пучком. Другим преимуществом был способ накопления мюонов после их инжекции в накопительном кольце, тогда как в предыдущих экспериментах в ЦЕРНе в кольцо инжектировались [[пион]]ы, из которых лишь небольшая часть распадалась на мюоны{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=559}}.

В эксперименте также использовались гораздо более однородное магнитное поле для накопительного кольца, создаваемое сверхпроводящей обмоткой; сверхпроводящий магнит-инфлектор, для инжекции пучка в накопительное кольцо; быстрый мюонный кикер для отклонения инжектированных мюонов на равновесную орбиту. Для повышения однородности магнитного поля применялись набор элементов для пассивного {{iw|Шиммирование|шиммирования|en|Shim (magnetism)}} и система плоских корректирующих [[Обмотка|обмоток]] для активного шиммирования. Точным [[Ядерный магнитный резонанс|ЯМР]]-методом измерялось распределения магнитного поля. Тележка с установленными в ней ЯМР-датчиками позволяла картографировать магнитное поле в вакуумной камере{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=561}}.

В эксперименте использовались данные с положительно и отрицательно заряженными мюонами в период с 1997 по 2001 год. Финальное значение {{Nobr|{{mvar|a}}{{sub|μ}} {{=}} ({{mvar|g}}{{nnbsp}}−{{nnbsp}}2)/2 {{=}} 1 1659 208,9(5,4)(3,3) ×  10<sup>−10</sup>}}{{refn|group=К|Первое число в скобках обозначает [[Стандартная ошибка|статистическую ошибку]], второе — [[Систематическая ошибка|систематическую ошибку]]. Полная ошибка измерений аномального магнитного момента мюона составила 6,3 × 10<sup>−10</sup>. Это соответствует экспериментальной точности ±0,54 [[Миллионная доля|ppm]]{{sfn|Grange|2015|p=39}}.}} получено путём объединения согласованных с одинаковой точностью результатов для мюонов и антимюонов<ref>{{Cite journal|author=Bennett|first=G. W.|date=April 7, 2006|title=Final report of the E821 muon anomalous magnetic moment measurement at BNL|journal=Physical Review&nbsp;D|volume=73|issue=7|page=072003 |arxiv=hep-ex/0602035|bibcode=2006PhRvD..73g2003B|doi=10.1103/PhysRevD.73.072003|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.73.072003}}</ref>.

=== Фермилаб ===
[[Фермилаб]] продолжает эксперимент по измерению [[Аномальный магнитный момент|аномального магнитного момента]] [[мюон]]а, проведённый в Брукхейвене<ref name="Farley2004">{{Cite journal|author=Farley|first=F.|year=2004|title=The 47 years of muon g − 2|journal=Progress in Particle and Nuclear Physics|volume=52|issue=1|pages=1–83|issn=0146-6410|doi=10.1016/j.ppnp.2003.09.004|bibcode=2004PrPNP..52....1F}}</ref>{{sfn|Keshavarzi, Khaw, and Yoshioka|2022|p=5}}. В лаборатории, которая приобрела оборудование из Брукхейвена, использовался пучок мюонов более интенсивный и более чистый, так как он имеет пренебрежимо малое загрязнением адронами, но присутствуют позитроны{{sfn|Keshavarzi, Khaw, and Yoshioka|2022|p=5}}<ref>{{Cite web|url=https://www.science.org/content/article/particle-mystery-deepens-physicists-confirm-muon-more-magnetic-predicted|title=Particle mystery deepens, as physicists confirm that the muon is more magnetic than predicted|lang=en|author=Cho|first=Adrian|website=www.science.org|date=2021-04-07|archive-url=https://archive.today/20230518134726/https://www.science.org/content/article/particle-mystery-deepens-physicists-confirm-muon-more-magnetic-predicted|archive-date=2023-05-18|access-date=2023-05-18}}</ref>. Цель нового эксперимента состоит в более точном измерении, которое либо устранит несоответствие между результатами Брукхейвена и предсказаниями теории, либо подтвердит его как экспериментально наблюдаемый пример физики за [[Физика за пределами Стандартной модели|пределами Стандартной модели]]{{sfn|Keshavarzi, Khaw, and Yoshioka|2022|p=1}}.

К октябрю 2016 года магнит тщательно настроили (шиммировали) для создания очень однородного магнитного поля. Это привело к трёхкратному снижению общей неоднородности поля, что важно для повышения точности измерений<ref>{{cite conference |book-title=Proceedings, 12th&nbsp;International Conference on Beauty, Charm, and Hyperons in Hadronic Interactions (BEACH 2016): Fairfax, Virginia, USA, June 12–18, 2016 |conference=XIIth International Conference on Beauty, Charm, and Hyperons in Hadronic Interactions |conference-url=http://beach2016.gmu.edu/ |last=Holzbauer |first=J. L. |date=2016-12-09|title=The Muon g − 2 Experiment Overview and Status as of June 2016 |journal=J. Phys. Conf. Ser. |volume=770 |page=012038 |doi=10.1088/1742-6596/770/1/012038 |arxiv=1610.10069 |access-date=2023-08-17 |archive-date=2022-04-18 |archive-url=https://web.archive.org/web/20220418014126/http://beach2016.gmu.edu/ |url-status=live }} {{cite web |url=https://inspirehep.net/record/1495244 |title=alt. source |access-date=2023-08-17 |archive-date=2021-06-02 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210602140456/https://inspirehep.net/literature/1495244 |url-status=live }}</ref>{{sfn|Keshavarzi, Khaw, and Yoshioka|2022|p=6}}. В апреле 2017 года коллаборация подготовила эксперимент к первому тестовому запуску с пучком протонов — для калибровки детекторных систем. Магнит получил первый пучок мюонов на новом месте 31 мая 2017 года<ref>{{Cite press release|title=Muon magnet's moment has arrived|url=http://news.fnal.gov/2017/05/muon-magnets-moment-arrived/|access-date=2023-08-17|archive-date=2019-05-31|archive-url=https://web.archive.org/web/20190531090057/https://news.fnal.gov/2017/05/muon-magnets-moment-arrived/|url-status=live}}</ref>. Сбор данных планировалось завершить до 2020 года<ref>{{cite conference |book-title= 18th International Workshop on Neutrino Factories and Future Neutrino Facilities Search (NuFact16) Quy Nhon, Vietnam, August 21–27, 2016 |last1=Gohn |first1=W. |display-authors=etal |collaboration=Muon g − 2 Collaboration |date=2016-11-15 |title=The muon g − 2 experiment at Fermilab |arxiv=1611.04964 }} {{cite web |url=http://inspirehep.net/record/1498085 |title=alt source}}</ref>.

7 апреля 2021 года были опубликованы результаты первого сезона работы: {{Nobr|1={{math|''a''}}{{sub|μ}} = {{val|0.00116592040|(54)}}}}. Новые среднемировые экспериментальные результаты, объявленные коллаборацией Muon {{Mvar|g}} − 2 для {{Mvar|g}}-фактора: {{Val|2.00233184122|(82)}}, и для аномального магнитного момента: {{Val|0.00116592061|(41)}}. Объединённые результаты Фермилаба и Брукхейвена показывают разницу с теорией на уровне значимости 4,2 σ ([[стандартное отклонение]]), чуть меньше 5 σ, которое требуется в физике элементарных частиц, чтобы заявить об открытии, но всё же является достаточно убедительным доказательством новой физики. Вероятность того, что статистическая флуктуация приведёт к таким же результатам, составляет примерно {{Nobr|1 к 40 000}}<ref name="FL-20210407" />.

Сбор данных завершился 9 июля 2023 года, когда коллаборация отключила мюонный пучок, завершив эксперимент после шести лет накопления статистики. Эксперимент Фермилаба достигнет своего окончательного, наиболее точного измерения магнитного момента мюона, как только учёные включат в свой анализ данные за все шесть лет наблюдений, а планируют завершить совместную работу и опубликовать финальные результаты в 2025 году<ref name="endofdatataking" />.

8 августа 2023 года были опубликованы результаты 2-го и 3-го сезонов (включая 1-й сезон, то есть первых трёх лет сбора данных) измерений, дающие новое среднемировое значение {{Nobr|1={{math|''a''}}{{sub|μ}} = {{val|0.00116592059|(22)}}}}, что сократило погрешность в два раза по сравнению с предыдущими результатами<ref name="halfresults" />. Полученное экспериментальное значение на 5,1 σ отличается от предсказания Стандартной модели 2020 года, хотя оно отличается всего примерно на 1 σ от другого предсказания, полученного в результате расчётов методом [[Квантовая хромодинамика на решётке|КХД на решётке]]. Поэтому расхождение между экспериментом и теорией находится в стадии дальнейшего изучения<ref>{{cite web|author = Brendan Casey, Aida El-Khadra, Andreas Kronfeld, Kurt Riesselmann and Graziano Venanzoni|url = https://news.fnal.gov/2023/07/what-does-the-standard-model-predict-for-the-magnetic-moment-of-the-muon/|title = What does the Standard Model predict for the magnetic moment of the muon?|lang = en|website = |publisher = Fermilab|date = 2023-07-17|accessdate = 2023-09-05|archive-date = 2023-09-05|archive-url = https://web.archive.org/web/20230905073413/https://news.fnal.gov/2023/07/what-does-the-standard-model-predict-for-the-magnetic-moment-of-the-muon/|url-status = live}}</ref>. Ожидается, что окончательный результат, который будет опубликован в 2025 году, окажется в два раза точнее, чем результат 2023 года<ref name="endofdatataking" />.

== Теория магнитных моментов ==
[[Файл:Vertex correction.svg|thumb|right|Однопетлевая поправка порядка <math>\alpha/2\pi</math>, где α — [[постоянная тонкой структуры]], к магнитному моменту [[фермион]]а{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=543}}.]]
Магнитные моменты атомов открыли в 1921 году в ходе [[Опыт Штерна — Герлаха|опыта Штерна — Герлаха]]. Позже благодаря работам [[Уленбек, Джордж Юджин|Д. Уленбека]] и [[Гаудсмит, Сэмюэл Абрахам|С. Гаудсмита]] в 1926 году и Р. Фрейзера ({{lang-en|Ronald G. J. Fraser}}) в 1927 году, это явление связали со [[спин]]ом электрона. Магнитный момент {{math|'''''μ'''''}} элементарной частицы с массой {{math|''m''}} и зарядом {{math|''q''}} связан с её спином {{math|'''''s'''''}} соотношением
: <math>\boldsymbol{\mu}=g\frac{q\hbar}{2m}\textbf{s}\,,</math>
где {{math|''g''}} — [[гиромагнитное отношение]], {{math|''ħ''}} — [[постоянная Планка]]. Для электрона и мюона {{math|''g''}} = 2, что следует из [[Уравнение Дирака|уравнения Дирака]]{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=540}}.

Впоследствии оказалось, что {{Mvar|g}}-фактор заряженного лептона ([[электрон]]а, [[мюон]]а или [[тау-лептон]]а) отличается от 2. Это отличие называют «аномальной» частью, и она зависит от типа лептона. Достаточно точно её можно вычислить на основе современной версии [[Стандартная модель|Стандартной модели]] физики элементарных частиц. Измерения {{Mvar|g}}-фактора электрона находятся в прекрасном согласии с этим расчётом{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=541}}. В Брукхейвенском эксперименте исследовался {{Mvar|g}}-фактор для мюонов, что оказалось технически гораздо более сложной процедурой из-за их короткого времени жизни. Обнаружилось заметное, но не окончательное несоответствие между измеренным значением и предсказанием Стандартной модели<ref>{{cite press release |title=Physicists publish worldwide consensus of muon magnetic moment calculation |date=2020-06-11 |publisher=Fermilab |url=https://news.fnal.gov/2020/06/physicists-publish-worldwide-consensus-of-muon-magnetic-moment-calculation/ |access-date=2023-08-17 |archive-date=2021-04-12 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210412223034/https://news.fnal.gov/2020/06/physicists-publish-worldwide-consensus-of-muon-magnetic-moment-calculation/ |url-status=live }}</ref>.

Получение теоретического значения {{Mvar|g}}-фактора мюона из Стандартной модели чрезвычайно сложная задача, и для её решения существует несколько различных подходов. Основная трудность этих расчётов заключается в том, что на их величину влияют [[Виртуальная частица|виртуальные]] [[адрон]]ы<ref>{{Cite web|url=https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=217530|title=The Many Paths of Muon Math|lang=en|website=Brookhaven National Laboratory|date=2020-11-18|access-date=2023-05-18|archive-date=2023-05-18|archive-url=https://web.archive.org/web/20230518170002/https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=217530|url-status=live}}</ref>. Вклад электромагнитного взаимодействия в аномальный магнитный момент мюона самый большой. Теория возмущений даёт простой метод учёта диаграмм до любого порядка малости, но принято ограничиваться пятым порядком по <math>\alpha/\pi</math>, поскольку количество диаграмм быстро растёт с увеличением порядка теории возмущений: в первом порядке — одна диаграмма (на рисунке), во втором — 9{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=543}}, в третьем — более 100, в четвёртом — более 1000{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=544}}, а в пятом — несколько десятков тысяч{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=545}}. Вклад [[Сильное взаимодействие|сильных взаимодействий]] оказался на четыре порядка меньше вклада электромагнитных взаимодействий, но точность измерений уже существенна для учёта этого вклада{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=547}}. Вклад [[Электрослабое взаимодействие|электрослабого взаимодействия]] ещё в 50 раз меньше, но его также нужно учитывать{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=569}}.
	
Трудности с расчётом адронного вклада возникают в связи неприменимостью теории возмущений при малых энергиях. Один из способов обойти эти ограничения заключается в использовании [[дисперсионные соотношения|дисперсионных соотношений]], которые помогают в вычислениях{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=547}}{{sfn|Grange|2015|p=43}}. Адронный вклад зависит от различных каналов превращения электрон-позитронной пары в адроны, которые могут быть измерены экспериментально{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=549}}. В 2020 году группа Инициатива по теории g-2 мюона ({{Lang-en|Muon g-2 Theory Initiative}}) опубликовала вычисленное консенсусное значение {{Mvar|g}}-фактора мюона, основанное на пертурбативных методах<ref>{{Cite journal|author=Muon g-2 Theory Initiative|date=2020-12-03|title=The anomalous magnetic moment of the muon in the Standard Model|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370157320302556|journal=Physics Reports|language=en|volume=887|pages=1–166|doi=10.1016/j.physrep.2020.07.006|arxiv=2006.04822|bibcode=2020PhR...887....1A|issn=|access-date=2023-08-17|archive-date=2023-08-13|archive-url=https://web.archive.org/web/20230813233425/https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370157320302556|url-status=live}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://muon-gm2-theory.illinois.edu/|title=Home {{!}} Muon g-2 Theory|website=muon-gm2-theory.illinois.edu|access-date=2023-03-14|lang=en|archive-date=2023-03-14|archive-url=https://web.archive.org/web/20230314180030/https://muon-gm2-theory.illinois.edu/|url-status=live}}</ref>. Для расчёта адронного вклада нужно точное знание сечений всех каналов аннигиляции электрон-позитронной пары в адроны во всём диапазоне энергий, однако наиболее важен диапазон до нескольких ГэВ, где определяющее сечение имеет канал {{subatomic particle|электрон}}{{SubatomicParticle|позитрон}} → {{SubatomicParticle|Pion+}}{{SubatomicParticle|Pion-}}. В разное время проводились или проводятся несколько экспериментов для его измерения: [[KLOE]], [[BaBar]], [[BES III]], [[Сферический нейтральный детектор|СНД]] и другие. В феврале 2023 года коллаборация детектора [[КМД-3]], набирающего данные на коллайдере [[ВЭПП-2000]], представила новые результаты измерения сечения аннигиляции {{subatomic particle|электрон}}{{SubatomicParticle|позитрон}} → {{SubatomicParticle|Pion+}}{{SubatomicParticle|Pion-}}<ref>{{cite journal |author = Ignatov, F. V.; et al. |arxiv= 2302.08834|title= <nowiki>Measurement of the <math><msup>e+</msup><msup>e−</msup><mo stretchy="false">→<msup>π+</msup><msup>π−</msup></math> cross section from threshold to 1.2 GeV with the CMD-3 detector</nowiki>|journal= Physical Review D|year= 2024 |volume= 109|issue= 11|page= 112002|doi= 10.1103/PhysRevD.109.112002}}</ref>, которые противоречат результатам коллабораций [[KLOE]] и [[BaBar]], но значительно корректируют значение [[R-отношение|R-отношения]] — нормированного полного сечения рождения адронов, и основанное на нём теоретическое значение {{Mvar|g}} − 2 в сторону согласия с экспериментальным значением<ref>{{cite web |author = Ignatov, Fedor |url = https://indico.fnal.gov/event/59052/contributions/262939/attachments/165292/219573/pipiFinal_March2023_TI.pdf |title = e+e- → π+π- with the CMD-3 detector |lang = en |date = 2023-03-27 |description = Presentation |access-date = 2023-08-21 |archive-date = 2023-08-19 |archive-url = https://web.archive.org/web/20230819213750/https://indico.fnal.gov/event/59052/contributions/262939/attachments/165292/219573/pipiFinal_March2023_TI.pdf |url-status = live }}</ref>. Только экспериментальных исследований процесса аннигиляции электронно-позитронной пары в адроны недостаточно для полного определения адронного вклада, поскольку в следующих порядках теории встечается вклад рассеяния ''света на свете'', который нельзя связать с дисперсионными соотношениями{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=553}}. В Большом адронном коллайдере не обнаружено никаких новых частиц в диапазоне энергий от 100 до 200 ГэВ, что мотивирует стремление нивелировать расхождение в аномальном магнитном моменте мюона между теорией и экспериментом более точными измерениями сечений реакции аннигиляции электрон-позитронной пары в адроны<ref name=ИЯФ />.

Не используя экспериментальные результаты, различные адронные вклады в аномальным магнитный момент можно рассчитывать используя вычисления [[Квантовая хромодинамика на решётке|КХД на решётке]]{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=544}}. В 2021 годе коллаборация Будапешт — Марсель — Вупперталь (BMW) представила результаты расчётов {{Mvar|g}}-фактора методом [[Квантовая хромодинамика на решётке|КХД на решётке]]<ref>{{Cite journal|author=Borsanyi|first=Sz.|date=2021-05-06|title=Leading hadronic contribution to the muon magnetic moment from lattice QCD|url=https://www.nature.com/articles/s41586-021-03418-1|journal=Nature|language=en|volume=593|issue=7857|pages=51–55|arxiv=2002.12347|bibcode=2021Natur.593...51B|doi=10.1038/s41586-021-03418-1|issn=0028-0836|pmid=33828303|access-date=2023-08-17|archive-date=2023-08-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20230812030900/https://www.nature.com/articles/s41586-021-03418-1|url-status=live}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://www.bmw.uni-wuppertal.de/|title=Budapest-Marseille-Wuppertal Collaboration|website=www.bmw.uni-wuppertal.de|lang=de|access-date=2023-08-17|archive-date=2023-07-26|archive-url=https://web.archive.org/web/20230726025357/http://www.bmw.uni-wuppertal.de/|url-status=live}}</ref>, который находился между экспериментальным значением, полученным в Фермилабе, и теоретическим значением, рассчитанным группой Инициатива по теории g-2 мюона. Последующие работы группы Coordinated Lattice Simulations (CLS)<ref>{{Cite journal|author= Cè, M.; Gérardin, A.; von Hippel, G.; Hudspith, R. J.; Kuberski, S.; Meyer, H. B.; Miura, K.; Mohler, D.; Ottnad, K.; Paul, S.; Risch, A.; San José, T.; Wittig, H.|date=2022-12-13|title=Window observable for the hadronic vacuum polarization contribution to the muon g−2 from lattice QCD|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.106.114502|journal=Physical Review D|volume=106|issue=11|pages=114502|doi=10.1103/PhysRevD.106.114502}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://wiki-zeuthen.desy.de/CLS/|title=Coordinated Lattice Simulations|lang=en|website=DESY|access-date=2023-08-17|archive-date=2023-03-14|archive-url=https://web.archive.org/web/20230314180043/https://wiki-zeuthen.desy.de/CLS/|url-status=live}}</ref> и European Twisted Mass Collaboration (ETMC)<ref>{{Cite arXiv|eprint=2212.10490|class=hep-ph|first1=Constantia|last1=Alexandrou|first2=Simone|last2=Bacchio|title=Short & intermediate distance HVP contributions to muon g-2: SM (lattice) prediction versus ''e''{{sup|+}}''e''{{sup|−}} annihilation data|date=2022-12-20|last3=Dimopoulos|first3=Petros|last4=Finkenrath|first4=Jacob|last5=Frezzotti|first5=Roberto|last6=Gagliardi|first6=Giuseppe|last7=Garofalo|first7=Marco|last8=Hadjiyiannakou|first8=Kyriakos|last9=Kostrzewa|first9=Bartosz|last10=Jansen|first10=Karl|last11=Lubicz|first11=Vittorio|last12=Petschlies|first12=Marcus|last13=Sanfilippo|first13=Francesco|last14=Simula|first14=Silvano|last15=Urbach|first15=Carsten}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://www-zeuthen.desy.de/~kjansen/etmc/|title=European Twisted Mass Collaboration|website=www-zeuthen.desy.de|lang=de|access-date=2023-03-14|archive-date=2023-02-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20230205043735/https://www-zeuthen.desy.de/~kjansen/etmc/|url-status=live}}</ref> приблизились к теоретическому значению, предполагая, что в используемых Фермилабом оценках R-отношения и адронной [[Поляризация вакуума|поляризации]] {{не переведено 5|Вакуум КХД|вакуума|en|QCD vacuum}} могут оказаться систематические ошибки<ref>{{Cite journal|arxiv=2212.08467|first1=Constantia|last1=Alexandrou|first2=Simone|last2=Bacchio|title=Probing the Energy-Smeared <math>R</math> Ratio Using Lattice QCD|date=2023|last3=De Santis|first3=Alessandro|last4=Dimopoulos|first4=Petros|last5=Finkenrath|first5=Jacob|last6=Frezzotti|first6=Roberto|last7=Gagliardi|first7=Giuseppe|last8=Garofalo|first8=Marco|last9=Hadjiyiannakou|first9=Kyriakos|last10=Kostrzewa|first10=Bartosz|last11=Jansen|first11=Karl|last12=Lubicz|first12=Vittorio|last13=Petschlies|first13=Marcus|last14=Sanfilippo|first14=Francesco|last15=Simula|first15=Silvano|journal=Physical Review Letters |volume=130 |issue=24 |page=241901 |doi=10.1103/PhysRevLett.130.241901 }}</ref>.

Оценку, основанную на экспериментальных данных, для вклада легких (u и d) кварков без нарушения изоспинной симметрии в так называемое промежуточное окно вклада поляризации адронного вакуума в аномальный магнитный момент мюона получили в работе<ref name=Benton />, основываясь на рассчёте методом КХД на рёшетке и использующих экспериментальные данные феноменологических подходах. Вклад поляризации адронного вакуума является одним из наиболее сложных для расчёта компонентов аномального магнитного момента мюона в Стандартной модели. Оценка этого вклада составляет (198,8 ± 1,1) × 10<sup>−10</sup> и находится в значительном противоречии (от 3,3 до 6,1 стандартных отклонений) с восемью предыдущими прецизионными расчётами КХД на решётке различными коллаборациями<ref name=Benton>{{cite journal | author=Benton, G.; Boito, D.; Golterman, M.; Keshavarzi, A.; Maltman, K.; Peris, S. | journal=Physical Review Letters | title=Data-Driven Determination of the Light-Quark Connected Component of the Intermediate-Window Contribution to the Muon g − 2 | volume=131 | pages=251803 | year= 2023 | issue=25 | url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.131.251803| doi=10.1103/PhysRevLett.131.251803 | pmid=38181347 |access-date=2024-03-29}}</ref>.

== План ==
[[Файл:Littlemove5-hr.jpg|справа|мини|Накопительное кольцо для эксперимента Muon {{Mvar|g}} − 2 прибывает в конечный пункт назначения — экспериментальный зал (MC1) в Fermilab{{Spaced ndash}}30 июля 2014 года]]

=== Магнит ===
Центральное место в эксперименте занимает кольцевой [[сверхпроводящий магнит]] диаметром {{Convert|50|foot|m|adj=on}}, обладающий исключительно однородным магнитным полем, который используется в качестве [[Накопительное кольцо|накопительного кольца]]. Летом 2013 года его перевезли в неповреждённом виде в Фермилаб из Брукхейвена на [[Лонг-Айленд]]е, штат Нью-Йорк. Он преодолел {{Convert|3200|mi|km}}, что заняло свыше 35 дней<ref>{{Cite web|title=Muon g − 2 storage ring starts a new life|author=Hertzog, David; Roberts, Lee|url=http://cerncourier.com/cws/article/cern/58931|website=CERN Courier|date=2014-10-27|accessdate=2017-04-26|lang=en-GB|archive-date=2017-09-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20170904155701/http://cerncourier.com/cws/article/cern/58931|url-status=live}}</ref><ref>{{Cite web|title=Giant magnet ring makes epic journey|url=https://cerncourier.com/a/giant-magnet-ring-makes-epic-journey/|website=CERN Courier|date=2013-07-19|accessdate=2017-04-26|lang=en-GB|archive-date=2022-12-06|archive-url=https://web.archive.org/web/20221206083105/https://cerncourier.com/a/giant-magnet-ring-makes-epic-journey/|url-status=live}}</ref>. Его водная часть пути в основном состояла из путешествия на барже вниз вдоль [[Восточное побережье США|восточного побережья]] с использованием морского буксира до [[Новый Орлеан|Нового Орлеана]] и через [[иллинойсский водный путь]] на речном буксире до [[Лемонт]]а, штат Иллинойс. Начальный и последний этапы проходили на специальном грузовике, передвигавшемся по закрытым автомагистралям в ночное время{{sfn|Grange|2015|p=679—680}}.
[[Файл:PbF2 Crystal SIPM.png|справа|мини| Образцы 25 мм × 25 мм × 140 мм кристаллов [[Фторид свинца(II)|PbF{{Sub|2}}]] (неизолированные и завёрнутые в бумагу Millipore) изображены вместе с 16-канальным монолитным кремниевым фотоумножителем (Hamamatsu SiPM){{sfn|Grange|2015|p=543}}.]]

=== Пучок ===
Пучок протонов из линейного ускорителя попадает в [[бустерный синхротрон|бустер]], где ускоряется до энергии 8,89 ГэВ. Для создания более интенсивного пучка и нарезки его на насколько сгустков используется накопительное кольцо (Рециклер, {{lang-en|Recycler}}){{sfn|Grange|2015|p=132}}. После этого пучок попадает в массивную мишень из [[инконель|инконеля]] 600, где происходит превращение протонов в пионы, энергия который составляет около 3,1 ГэВ{{sfn|Grange|2015|p=138}}. Для получения антимюонов следует подождать, пока большая часть пионов распадётся, что происходит в кольце доставки мюонов ({{lang-en|Muon Delivery Ring}}), напоминающем треугольник со сглаженными углами<ref>{{cite web |author = Булгаков Александр |url = http://nuclphys.sinp.msu.ru/students/Bulgakov(Fermilab).pdf |title = Доклад по теме: Национальная ускорительная лаборатория им. Энрико Ферми (Fermilab) |date = 2021 |access-date = 2023-08-21 |archive-date = 2023-08-21 |archive-url = https://web.archive.org/web/20230821102027/http://nuclphys.sinp.msu.ru/students/Bulgakov(Fermilab).pdf |url-status = live }}</ref>, что также позволяет избавиться от более тяжёлых протонов{{sfn|Grange|2015|p=138}}<ref>{{cite web |url = https://www.fnal.gov/pub/science/particle-accelerators/accelerator-complex.html |title = Fermilab's Accelerator Complex |lang = en |website = https://www.fnal.gov/ |publisher = Fermi National Accelerator Laboratory |date = 2023-02-09 |access-date = 2023-08-21 |archive-date = 2023-08-21 |archive-url = https://web.archive.org/web/20230821102032/https://www.fnal.gov/pub/science/particle-accelerators/accelerator-complex.html |url-status = live }}</ref>. Получившийся пучок антимюонов направляется в накопительное кольцо, где проводится эксперимент Muon {{Mvar|g}} − 2{{sfn|Grange|2015|p=133}}{{sfn|Albahri, PRAB|2021|p=6}}.

=== Магический импульс ===
В эксперименте используются поляризованные по спину положительно заряженные мюоны (антимюоны), которые инжектируются в накопительное кольцо с однородным магнитным полем. Аномальный магнитный момент мюона определяется по ''аномальной частоте прецессии'' <math>\boldsymbol{\omega}_a</math>, которая равна разности между частотой прецессии спина <math>\boldsymbol{\omega}_s</math> и циклотронной частотой <math>\boldsymbol{\omega}_c</math>{{sfn|Albahri, PRD|2021|p=3—4}}:
: <math>\boldsymbol{\omega}_a=\boldsymbol{\omega}_s-\boldsymbol{\omega}_c=-\frac{q}{m}\left[a_{\mu}\textbf{B}-a_{\mu}\left(\frac{\gamma}{\gamma+1}\right)(\boldsymbol{\beta}\cdot\textbf{B})\boldsymbol{\beta}-\left(a_{\mu}-\frac{1}{\gamma^2-1}\right)\frac{\boldsymbol{\beta}\times\textbf{E}}{c}\right]\,,</math>
где <math>\textbf{E}</math> — электрическое поле, <math>\textbf{B}</math> — магнитное поле, <math>c</math> — скорость света, <math>q</math> — заряд мюона, <math>m</math> — масса мюона, <math>\boldsymbol{\beta}</math> — скорость мюона, <math>a_{\mu}</math> — аномальный магнитный момент, <math>\gamma</math> — [[Лоренц-фактор|гамма-фактор]]{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=558}}. Пучок мюонов движется по окружности в однородном магнитном поле, направленным перпендикулярно плоскости орбиты, поэтому <math>(\boldsymbol{\beta}\cdot\textbf{B})=0</math>. Кроме того, при выборе импульса мюонов (этот ''магический импульс'' равен 3,094 ГэВ/c), при котором выполняется равенство <math>1/(\gamma^2-1)=a_{\mu}</math>, а полученная разница частот упрощается
: <math>\boldsymbol{\omega}_a=-a_{\mu}\frac{q\textbf{B}}{m}\,.</math>
Эта величина напрямую связана с аномальным магнитным моментом, чья точность также зависит от однородности магнитного поля{{sfn|Логашенко, Эйдельман|2018|с=558}}{{sfn|Keshavarzi, Khaw, and Yoshioka|2022|p=4}}.

=== Детекторы ===
Измерение магнитного момента осуществляется 24 электромагнитными [[Ионизационный калориметр|калориметрическими детекторами]], которые равномерно распределены на внутренней стороне вакуумной камеры{{sfn|Grange|2015|p=79}}. Калориметры измеряют энергию и время прихода (относительно времени инжекции) позитронов (и их количество) от антимюонного {{iw|распад частиц|распада|en|Particle decay}} в накопительном кольце{{sfn|Grange|2015|p=84}}. Для мюонов будут наблюдаться электроны{{sfn|Grange|2015|p=527}}. После распада антимюона на позитрон и два нейтрино у позитронов остаётся меньше энергии, чем у исходного антимюона{{refn|group=К|Распад нестабильных частиц происходит по реакции<ref name="ChargeRatio">{{cite journal | last1 = Bardin | first1 = G. | last2 = Duclos | first2 = J. | last3 = Magnon | first3 = A. | last4 = Martino | first4 = J. | last5 = Zavattini | first5 = E. | title = A New Measurement of the Positive Muon Lifetime | journal = Phys Lett B | volume = 137 | pages = 135–140 | year = 1984 | issue = 1–2 | doi = 10.1016/0370-2693(84)91121-3 | bibcode = 1984PhLB..137..135B | url = https://cds.cern.ch/record/149657 | access-date = 2023-08-19 | archive-date = 2023-08-19 | archive-url = https://web.archive.org/web/20230819133832/https://cds.cern.ch/record/149657 | url-status = live }}</ref>{{sfn|Grange|2015|p=74}}:  <br>{{subatomic particle|muon}} → {{subatomic particle|электрон}} + {{math|{{subatomic particle|electron antineutrino|link=yes}} + {{subatomic particle|muon neutrino|link=yes}}}}, 
<br>{{subatomic particle|antimuon}} → {{SubatomicParticle|позитрон}} + {{math|{{subatomic particle|electron neutrino}} + {{subatomic particle|muon antineutrino}}}}.}}. Магнитное поле закручивает его траекторию на внутренние стенки накопительного кольца, где он попадает на сегментированный калориметр из [[Фторид свинца(II)|фторида свинца (II)]] (PbF{{Sub|2}}), сигнал с которого считывается кремниевыми [[Фотоумножитель|фотоумножителями]]{{sfn|Grange|2015|p=515}}{{sfn|Grange|2015|p=527}}.

[[Детектор частиц|Трековые детекторы]] (детекторы на основе тонкостенных дрейфовых трубок)<ref>{{cite web|author = Пешехонов В.|url = http://nuclphys.sinp.msu.ru/mirrors/m012.htm|title = Координатные строу-детекторы. Это ноу-хау динамично развивается в ЛФЧ|date = 2001|accessdate = 2023-08-17|archive-date = 2023-08-17|archive-url = https://web.archive.org/web/20230817114121/http://nuclphys.sinp.msu.ru/mirrors/m012.htm|url-status = live}}</ref> регистрируют профиль антимюонного пучка{{sfn|Grange|2015|p=583}}. Наклон плоскости прецессии мюона может свидетельствовать о радиальной или продольной составляющей магнитного поля или о постоянном электрическом дипольном моменте мюона, что напрямую влияет на измерение частоты прецессии{{sfn|Grange|2015|p=37}}{{sfn|Grange|2015|p=583}}.

[[Файл:Tracker g-2.jpg|мини| Показан один ряд 32 строу-трубок (часть ''строу-трекера''). Строу-трубка (длина 100 мм, а диаметр 5 мм) действует как [[ионизационная камера]], заполненная [[аргон]]ом: [[этан]]ом в соотношении 1:1, с центральным катодом под напряжением +1,8 кВ{{sfn|Grange|2015|p=590}}.]]

=== Аномальная частота прецессии ===
Если при распаде пионов {{SubatomicParticle|Pion+}} → {{subatomic particle|antimuon}} + {{subatomic particle|muon neutrino}} выбрать антимюоны с максимальной энергией в области с магическим импульсом, то итоговый пучок получится поляризованным. Это происходит из-за корреляции направления ориентации спина и импульса вылетающих частиц (спин и импульс сонаправлены){{sfn|Grange|2015|p=74}}. Прецессия спина мюона будет давать вклад в энергетический спектр позитронов поскольку из-за [[Слабое взаимодействие|слабого распада]] с [[Нарушение CP-инвариантности|нарушением чётности]] {{subatomic particle|antimuon}} → {{SubatomicParticle|позитрон}} + {{subatomic particle|electron neutrino}} + {{subatomic particle|muon antineutrino}}, в системе покоя антимюона позитроны высокой энергии испускаются преимущественно в направлении спина мюона. Поэтому аномальная частота прецессии будет влиять на количество зарегистрированных позитронов высокой энергии. Если обозначить {{math|''N''(''t'')}} — число высокоэнергетичных позитронов, наблюдаемых детекторами, то их количество определяется выражением{{sfn|Keshavarzi, Khaw, and Yoshioka|2022|p=4}}
: <math>N(t)\approx N_0e^{t/\tau}\left[1+A\cos(\omega_a t +\phi)\right]\,,</math>
где {{math|''N''<sub>0</sub>}} — нормировочный множитель, <math>\tau</math> — замедленное время жизни мюона, {{math|''A''}} — асимметрия распада мюона, {{math|''φ''}} — начальная фаза g−2. Измерение количества распадов антимюонов во времени позволяет определить аномальный магнитный момент мюона{{sfn|Keshavarzi, Khaw, and Yoshioka|2022|p=4}}.

=== Магнитное поле ===
Для измерения магнитного момента с точностью до миллиардных долей требуется, чтобы неоднородность среднего магнитного поля не превышало эту же величину. Цель эксперимента Muon {{Mvar|g}} − 2 заключается в достижении уровня неопределённости для ''аномальной частоты прецессии'' 70 [[Миллиардная доля|млрд<sup>−1</sup>]], усреднённые по времени и распределению мюонов{{sfn|Grange|2015|p=125}}{{sfn|Grange|2015|p=119}}. Равномерное поле с индукцией {{Val|1.45}} Т создаётся в накопительном кольце с помощью сверхпроводящей обмотки, в то время как полюса и ярмо магнита остаются при комнатной температуре. Значение поля регулярно (раз в 3 дня) картографируется без выключения магнитного поля по всему кольцу с помощью мобильной тележки с 17 [[Ядерный магнитный резонанс|ЯМР]]-датчиками, расположенной внутри вакуумной камеры{{sfn|Grange|2015|p=85}}. Внешние 378 ЯМР-датчиков, закреплённые сверху и снизу вакуумной камеры вдоль окружности в 72 точках{{sfn|Keshavarzi, Khaw, and Yoshioka|2022|p=6}}, позволяют измерять магнитное поле во время эксперимента{{sfn|Grange|2015|p=84}}. Калибровка датчиков проводится по [[Ларморовская прецессия|ларморовской частоте]] протона в сферическом образце воды при эталонной температуре (34,7 °C) и перекрёстно откалиброван с использованием нового [[гелий-3]] [[магнитометр]]а{{sfn|Grange|2015|p=85}}.

=== Получение данных ===
Важным компонентом эксперимента является система [[Система сбора данных|сбора данных]] (DAQ), которая управляет потоком данных от электроники детектора. Для эксперимента требуется получать необработанные данные со скоростью 18 ГБ/с. Это достигается за счёт использования архитектуры параллельной обработки данных с использованием 24 высокоскоростных [[Графический процессор|графических процессоров]] (NVIDIA Tesla K40) для обработки данных с 12-битовых [[Аналого-цифровой преобразователь|АЦП]]. Установка управляется программным обеспечением MIDAS DAQ{{sfn|Grange|2015|p=26}}. Система сбора данных обрабатывает данные из 1296 калориметрических каналов, 3 станций ''строу-трекеров'' и вспомогательных детекторов (например, счётчики входящих мюонов). Суммарный объём данных эксперимента оценивается в 2 [[Байт|ПБ]]<ref>{{cite conference |last=Gohn |first=W. |collaboration=Muon g − 2 Collaboration |display-authors=etal |date=2016-11-15 |title=Data acquisition with GPUs: The DAQ for the muon g − 2 experiment at Fermilab |book-title=Proceedings, 38th International Conference on High Energy Physics (ICHEP 2016): Chicago, Illinois, USA, August 3–10, 2016 |page=174 |arxiv=1611.04959 |doi=10.22323/1.282.0174 |doi-access=free |bibcode=2016arXiv161104959G }} {{cite web |url=http://inspirehep.net/record/1498145 |title=alt. source |access-date=2023-08-17 |archive-date=2021-06-02 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210602140456/https://inspirehep.net/literature/1498145 |url-status=live }}</ref>.

== Коллаборация ==
В эксперименте участвуют следующие университеты, лаборатории и компании<ref>{{Cite web|url=http://muon-g-2.fnal.gov/collaboration.html|title=Muon g − 2 Collaboration|lang=en|website=Muon g − 2 Experiment|publisher=Fermilab|access-date=2017-04-26|archive-date=2021-04-14|archive-url=https://web.archive.org/web/20210414192318/https://muon-g-2.fnal.gov/collaboration.html|url-status=live}}</ref>:
{{div col|colwidth=22em}}

'''Университеты'''
* [[Бостонский университет]]
* [[Корнеллский университет]]
* {{iw|Университет Джеймса Мэдисона|||James Madison University}}
* [[Майнцский университет]]
* [[Иллинойсский университет в Урбане-Шампейне]]
* [[Университет Кентукки]]
* [[Ливерпульский университет]]
* [[Ланкастерский университет]]
* [[Университетский колледж Лондона]]
* [[Манчестерский университет]]
* {{iw|Массачусетский университет|||University of Massachusetts}}
* [[Университет штата Мичиган]]
* [[Университет Мичигана]]
* [[Университет Миссисипи]]
* {{iw|Университет Молизе|||University of Molise}}
* {{iw|Северный центральный колледж|||North Central College}}
* {{iw|Регисский университет|||Regis University}}
* [[Шанхайский университет транспорта]]
* [[Технический университет Дрездена]]
* [[Университет Удине]]
* [[Университет Вирджинии]]
* [[Вашингтонский университет]]

'''Лаборатории'''
* [[Аргоннская национальная лаборатория]]
* [[Брукхейвенская национальная лаборатория]]
* [[Фермилаб]]
* [[Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН]]
* [[Национальный институт ядерной физики|INFN, Sezione di Napoli]]
* [[Национальный институт ядерной физики|INFN, Sezione di Pisa]]
* [[Национальный институт ядерной физики|INFN, Sezione di Roma Tor Vergata]]
* [[Национальный институт ядерной физики|INFN, Sezione di Trieste]]
* [[Объединенный институт ядерных исследований|Объединенный институт ядерных исследований, Дубна]]
* {{iw|Национальная лаборатория Фраскати|||Laboratori Nazionali di Frascati}}
* [[Институт фундаментальных наук]], Южная Корея
{{div col end}}

== Примечания ==
'''Комментарии'''
{{примечания|group=К}}
'''Источники'''
{{примечания}}

== Литература ==
* {{статья|автор=Логашенко И. Б., Эйдельман С. И.|заглавие=Аномальный магнитный момент мюона |ссылка=https://ufn.ru/ru/articles/2018/5/f/ |издание=[[Успехи физических наук]]|тип=журнал|место=М.|издательство=[[Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН]]|год=2018|месяц=5 |том=188 |номер=5|страницы=540—573 |issn=0042-1294|doi=10.3367/UFNr.2018.02.038312 |ref=Логашенко, Эйдельман}}
* {{cite journal|last1=Grange|first1=J.|last2=Guarino|first2=V.|last3=Winter|first3=P.|last4=Wood|first4=K.|last5=Zhao|first5=H.|last6=Carey|first6=R.M.|last7=Gastler|first7=D.|last8=Hazen|first8=E.|last9=Kinnaird|first9=N.|collaboration=Muon g − 2 Collaboration|display-authors=6|publisher=Fermi National Accelerator Laboratory |date=2015|title=Muon (g − 2) Technical Design Report | pages=686|language=en|arxiv=1501.06858|bibcode=2015arXiv150106858G|ref=Grange}} {{cite web|url=http://inspirehep.net/record/1341289|title=alt. source }}
* {{статья |автор = Abi, B. et. al.|заглавие = Measurement of the Positive Muon Anomalous Magnetic Moment to 0.46 ppm |издание = Phys. Rev. Lett.|год = 2021|том = 126|страницы = 141801 |doi =10.1103/PhysRevLett.126.141801 |язык=en|ref = Abi}}
* {{статья |автор = Albahri, T. et. al.|заглавие = Measurement of the anomalous precession frequency of the muon in the Fermilab Muon g − 2 Experiment |издание = Phys. Rev. D|год = 2021|том = 103|страницы = 072002 |doi = 10.1103/PhysRevD.103.072002 |язык=en|ref = Albahri, PRD}}
* {{статья |автор = Albahri, T. et. al.|заглавие = Beam dynamics corrections to the Run-1 measurement of the muon anomalous magnetic moment at Fermilab |издание = Phys. Rev. Accel. Beams |год = 2021|том = 24|страницы = 044002 |doi = 10.1103/PhysRevAccelBeams.24.044002 |язык=en|ref = Albahri, PRAB}}
* {{статья |автор =Albahri, T. et. al. |заглавие = Magnetic-field measurement and analysis for the Muon g − 2 Experiment at Fermilab |издание = Phys. Rev. A|год = 2021|том = 103|страницы = 042208 |doi = 10.1103/PhysRevA.103.042208 |язык=en|ref = Albahri, PRA}}

== Ссылки ==
* {{cite web |author = Козырев Никита|url =https://nplus1.ru/news/2023/08/11/muon-g-2-new-results |title = Эксперимент Muon g-2 измерил аномальный магнитный момент мюона с рекордной точностью |website = https://nplus1.ru/|publisher = N+1|date = 2023-08-11|accessdate = 2023-08-17|ref=Козырев}}
* {{cite web |author = Иванов Игорь|url = https://meduza.io/feature/2021/04/17/uchenye-kak-nikogda-blizki-k-otkrytiyu-novoy-fiziki-ona-izmenit-predstavleniya-ob-ustroystve-mikromira-i-vselennoy|title = Ученые как никогда близки к открытию Новой физики. Она изменит представления об устройстве микромира (и Вселенной) |website = https://meduza.io/|publisher = Meduza|date =2021-04-17|accessdate = 2023-08-17 |ref=Иванов}}
* {{cite web |url=https://inspirehep.net/experiments/1108252 |title=Record for Muon g − 2 Experiment Record |lang=en|ref=inspirehep}}

{{За пределами Стандартной модели}}

{{хорошая статья|Физика}}

[[Категория:Исследовательские проекты]]
[[Категория:Эксперименты в физике элементарных частиц]]
[[Категория:Фермилаб]]