Эксперимент Muon g-2 в Fermilab обновил предел прямого обнаружения электрического дипольного момента мюона

12 августа 2026 года коллаборация Muon g-2 объявила, что новый анализ, выполненный на основе 25% данных эксперимента Muon g-2 в Национальной ускорительной лаборатории Ферми Министерства энергетики США, дал наиболее чувствительный на сегодняшний день результат прямого обнаружения электрического дипольного момента мюона. Результаты показывают, что если электрический дипольный момент мюона существует, его величина ниже текущего диапазона обнаружения данного эксперимента.

Значения электрического дипольного момента мюона, измеренные Fermilab в разные периоды сбора данных, были сравнены с предыдущими результатами Брукхейвенской национальной лаборатории. Комбинированное значение Fermilab согласуется с нулём (не наблюдалось). Хотя в эксперименте использовались положительные мюоны, обычно сообщается результат для отрицательных мюонов, что приводит к инверсии знака измеренного значения. Источник изображения: коллаборация Muon g-2

Эксперимент Muon g-2 в основном предназначен для измерения магнитного дипольного момента мюона. В эксперименте античастицы мюона — антимюоны или положительные мюоны — движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, инжектируются в сверхпроводящий магнитный накопительный цикл диаметром около 50 футов, где частицы совершают сотни оборотов перед распадом. Детекторы, размещённые вокруг накопительного цикла, регистрируют продукты распада, что помогает исследователям определить прецессию мюонов в магнитном поле. В данном анализе электрического дипольного момента использовались те же экспериментальные данные: измерение магнитного дипольного момента фокусируется на горизонтальном колебании, тогда как сигнал электрического дипольного момента соответствует возможной вертикальной компоненте колебания, возникающей под действием электрического поля.

Два из 16 модулей трековых детекторов в эксперименте Muon g-2 в Fermilab. Эти детекторы состоят из алюминизированных полиэфирных трубок и способны регистрировать попадания, возникающие при прохождении мюонов и позитронов; именно благодаря этим детекторам стал возможен анализ электрического дипольного момента (ЭДМ). Источник изображения: Fermilab, Райан Постел

Электрический дипольный момент описывает степень разделения положительных и отрицательных зарядов в системе. Стандартная модель физики частиц предсказывает, что электрический дипольный момент таких фундаментальных частиц, как мюон, чрезвычайно мал и значительно ниже возможностей существующих экспериментов по его обнаружению. Таким образом, если будет измерен ненулевой электрический дипольный момент мюона, это может указывать на новую физику за пределами Стандартной модели и будет связано с фундаментальными вопросами симметрии, такими как нарушение CP-инвариантности.

Новейший результат составляет dμ = (-0,35 ± 0,39) × 10^-19 e·см, что согласуется с нулевым электрическим дипольным моментом. На основе этого коллаборация установила предел на уровне 95% доверительной вероятности: |dμ| < 1,1 × 10^-19 e·см. Этот верхний предел примерно в 1,5 раза строже предела, установленного предыдущим экспериментом Muon g-2 в Брукхейвенской национальной лаборатории.

Возможность выполнения анализа критически зависела от трековых детекторов в накопительном цикле. Эти детекторы состоят из 32 слоёв алюминизированных полиэфирных трубок и позволяют регистрировать траектории движения заряженных частиц. Используя эти данные, исследователи сравнивали разницу в количестве позитронов, движущихся вверх и вниз, чтобы найти возможный сигнал электрического дипольного момента мюона.

За последние почти 50 лет в мире было выполнено лишь два прямых измерения электрического дипольного момента мюона — в ЦЕРН и Брукхейвенской национальной лаборатории. Хотя в данном результате Fermilab использована лишь четверть всех экспериментальных данных, объём данных уже превышает объём, собранный в эксперименте Брукхейвена. Коллаборация отмечает, что этот предварительный результат также станет важным ориентиром для экспериментов следующего поколения с повышенной точностью, строящихся в Японии и Швейцарии.