⚛️ nuclear experiments

An improved direct limit on the muon electric dipole moment

Unter Verwendung von Daten des Fermilab Muon g-2 Experiments, die zwischen 2019 und 2020 gesammelt wurden, etablierten Forscher eine neue direkte 95 %-Konfidenzniveau-Grenze für das elektrische Dipolmoment des Myons von $|d_\mu|<1,10\times10^{-19}~e\cdot$ cm, wobei der gemessene Wert mit Null konsistent war.

Ursprüngliche Autoren: 2 Collaboration, D. P. Aguillard (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), T. Albahri (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), D. Allspach (Fermi National Accelerator Laboratory2 Collaboration, D. P. Aguillard (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), T. Albahri (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), D. Allspach (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), J. Annala (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), K. Badgley (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Baeßler (University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), L. Bailey (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), E. Barlas-Yucel (27,a), T. Barrett (Cornell University, Ithaca, New York, USA), E. Barzi (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), F. Bedeschi (INFN, Sezione di Pisa, Pisa, Italy), M. Berz (Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA), M. Bhattacharya (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), H. P. Binney (University of Washington, Seattle, Washington, USA), P. Bloom (North Central College, Naperville, Illinois, USA), J. Bono (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), E. Bottalico (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), T. Bowcock (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), S. Braun (University of Washington, Seattle, Washington, USA), M. Bressler (31,a), G. Cantatore (12,b), R. M. Carey (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), B. C. K. Casey (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Cauz (25,c), R. Chakraborty (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), A. Chapelain (Cornell University, Ithaca, New York, USA), S. Chappa (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Charity (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), C. Chen (20,21,d), M. Cheng (University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, Illinois, USA), R. Chislett (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), Z. Chu (20,d), T. E. Chupp (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), C. Claessens (University of Washington, Seattle, Washington, USA), F. Confortini (9,e), M. E. Convery (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Corrodi (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA), L. Cotrozzi (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), J. D. Crnkovic (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Dabagov (8,f), P. T. Debevec (University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, Illinois, USA), S. Di Falco (INFN, Sezione di Pisa, Pisa, Italy), G. Di Sciascio (INFN, Sezione di Roma Tor Vergata, Rome, Italy), S. Donati (10,g), B. Drendel (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), A. Driutti (INFN, Sezione di Pisa, Pisa, Italy, University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), M. Eads (Northern Illinois University, DeKalb, Illinois, USA), A. Edmonds (Boston University, Boston, Massachusetts, USA, City University of New York at York College, Jamaica, New York, USA), J. Esquivel (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), M. Farooq (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), R. Fatemi (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), K. Ferraby (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), C. Ferrari (10,h), M. Fertl (Institute of Physics and Cluster of Excellence PRISMA++, Johannes Gutenberg University Mainz, Mainz, Germany), A. T. Fienberg (University of Washington, Seattle, Washington, USA), A. Fioretti (10,h), D. Flay (Department of Physics, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), S. B. Foster (2,28,i), H. Friedsam (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), N. S. Froemming (18,j), C. Gabbanini (10,h), I. Gaines (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Ganguly (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), J. George (31,k), L. K. Gibbons (Cornell University, Ithaca, New York, USA), A. Gioiosa (24,l), K. L. Giovanetti (Department of Physics and Astronomy, James Madison University, Harrisonburg, Virginia, USA), P. Girotti (10,m), W. Gohn (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), L. Goodenough (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), T. Gorringe (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), J. Grange (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), S. Grant (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA, Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), F. Gray (19,n), S. Haciomeroglu (5,o), T. Halewood-Leagas (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), D. Hampai (INFN, Laboratori Nazionali di Frascati, Frascati, Italy), F. Han (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), J. Hempstead (University of Washington, Seattle, Washington, USA), D. W. Hertzog (University of Washington, Seattle, Washington, USA), G. Hesketh (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), E. Hess (10,p), A. Hibbert (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), Z. Hodge (University of Washington, Seattle, Washington, USA), S. Y. Hoh (20,21,q), K. W. Hong (University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), R. Hong (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA, University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), T. Hu (20,21,d), Y. Hu (20,d), M. Iacovacci (9,e), M. Incagli (INFN, Sezione di Pisa, Pisa, Italy), S. Israel (Boston University, Boston, Massachusetts, USA, Department of Physics, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), P. Kammel (University of Washington, Seattle, Washington, USA), M. Kargiantoulakis (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), M. Karuza (12,p), J. Kaspar (University of Washington, Seattle, Washington, USA), D. Kawall (Department of Physics, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), L. Kelton (Department of Physics and Astronomy, Trinity University, San Antonio, Texas, USA, University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), A. Keshavarzi (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), D. S. Kessler (Department of Physics, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), K. S. Khaw (20,21,d), Z. Khechadoorian (Cornell University, Ithaca, New York, USA), B. Kiburg (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), M. Kiburg (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA, North Central College, Naperville, Illinois, USA), O. Kim (33,n), N. Kinnaird (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), E. Kraegeloh (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), J. LaBounty (University of Washington, Seattle, Washington, USA), K. R. Labe (Cornell University, Ithaca, New York, USA), M. Lancaster (Department of Physics and Astronomy, University of Manchester, Manchester, United Kingdom), S. Lee (Center for Axion and Precision Physics), B. Li (20,r), D. Li (20,s), L. Li (20,d), I. Logashenko (4,t), A. Lorente Campos (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), Z. Lu (20,d), A. Lucà (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), G. Lukicov (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), A. Lusiani (10,u), A. L. Lyon (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), B. MacCoy (University of Washington, Seattle, Washington, USA), R. Madrak (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), K. Makino (Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA), S. Mastroianni (INFN, Sezione di Napoli, Naples, Italy), R. McCarthy (2,v), J. P. Miller (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), S. Miozzi (INFN, Sezione di Roma Tor Vergata, Rome, Italy), B. Mitra (33,w), J. P. Morgan (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), W. M. Morse (Brookhaven National Laboratory, Upton, New York, USA), J. Mott (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), A. Nath (9,e), J. K. Ng (20,21,d), H. Nguyen (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), Y. Oksuzian (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA), Z. Omarov (Center for Axion and Precision Physics, Korea Advanced Institute of Science and Technology), W. Osar (Cornell University, Ithaca, New York, USA), R. Osofsky (University of Washington, Seattle, Washington, USA), S. Park (Center for Axion and Precision Physics), G. Pauletta (25,c), J. Peck (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), G. M. Piacentino (24,l), R. N. Pilato (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), K. T. Pitts (27,x), B. Plaster (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), N. Pohlman (Northern Illinois University, DeKalb, Illinois, USA), C. C. Polly (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Počanić (University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), J. Price (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), B. Quinn (University of Mississippi, University, Mississippi, USA), M. U. H. Qureshi (Institute of Physics and Cluster of Excellence PRISMA++, Johannes Gutenberg University Mainz, Mainz, Germany), G. Rakness (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Ramachandran (1,k), E. Ramberg (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), R. Reimann (14,y), B. L. Roberts (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), D. L. Rubin (Cornell University, Ithaca, New York, USA), M. Sakurai (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), L. Santi (25,c), C. Schlesier (27,z), A. Schreckenberger (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), Y. K. Semertzidis (5,15,aa), A. K. Soha (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), M. Sorbara (11,bb), J. Stapleton (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Still (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), C. Stoughton (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Stratakis (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Stöckinger (Institut für Kern- und Teilchenphysik, Technische Universität Dresden, Dresden, Germany), H. E. Swanson (University of Washington, Seattle, Washington, USA), G. Sweetmore (Department of Physics and Astronomy, University of Manchester, Manchester, United Kingdom), D. A. Sweigart (Cornell University, Ithaca, New York, USA), M. J. Syphers (Northern Illinois University, DeKalb, Illinois, USA), Y. Takeuchi (20,21,d), D. A. Tarazona (Cornell University, Ithaca, New York, USA), T. Teubner (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), A. E. Tewsley-Booth (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA, University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), V. Tishchenko (Brookhaven National Laboratory, Upton, New York, USA), N. H. Tran (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), W. Turner (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), E. Valetov (16,cc), D. Vasilkova (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), G. Venanzoni (29,dd), T. Walton (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), A. Weisskopf (Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA), L. Welty-Rieger (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), P. Winter (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA), Y. Wu (1,ee), B. Yu (University of Mississippi, University, Mississippi, USA), M. Yucel (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), E. Zaid (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), Y. Zeng (20,21,d), C. Zhang (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom)

Veröffentlicht 2026-08-12

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Ursprüngliche Autoren: 2 Collaboration, D. P. Aguillard (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), T. Albahri (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), D. Allspach (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), J. Annala (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), K. Badgley (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Baeßler (University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), L. Bailey (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), E. Barlas-Yucel (27,a), T. Barrett (Cornell University, Ithaca, New York, USA), E. Barzi (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), F. Bedeschi (INFN, Sezione di Pisa, Pisa, Italy), M. Berz (Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA), M. Bhattacharya (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), H. P. Binney (University of Washington, Seattle, Washington, USA), P. Bloom (North Central College, Naperville, Illinois, USA), J. Bono (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), E. Bottalico (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), T. Bowcock (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), S. Braun (University of Washington, Seattle, Washington, USA), M. Bressler (31,a), G. Cantatore (12,b), R. M. Carey (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), B. C. K. Casey (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Cauz (25,c), R. Chakraborty (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), A. Chapelain (Cornell University, Ithaca, New York, USA), S. Chappa (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Charity (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), C. Chen (20,21,d), M. Cheng (University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, Illinois, USA), R. Chislett (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), Z. Chu (20,d), T. E. Chupp (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), C. Claessens (University of Washington, Seattle, Washington, USA), F. Confortini (9,e), M. E. Convery (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Corrodi (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA), L. Cotrozzi (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), J. D. Crnkovic (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Dabagov (8,f), P. T. Debevec (University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, Illinois, USA), S. Di Falco (INFN, Sezione di Pisa, Pisa, Italy), G. Di Sciascio (INFN, Sezione di Roma Tor Vergata, Rome, Italy), S. Donati (10,g), B. Drendel (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), A. Driutti (INFN, Sezione di Pisa, Pisa, Italy, University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), M. Eads (Northern Illinois University, DeKalb, Illinois, USA), A. Edmonds (Boston University, Boston, Massachusetts, USA, City University of New York at York College, Jamaica, New York, USA), J. Esquivel (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), M. Farooq (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), R. Fatemi (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), K. Ferraby (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), C. Ferrari (10,h), M. Fertl (Institute of Physics and Cluster of Excellence PRISMA++, Johannes Gutenberg University Mainz, Mainz, Germany), A. T. Fienberg (University of Washington, Seattle, Washington, USA), A. Fioretti (10,h), D. Flay (Department of Physics, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), S. B. Foster (2,28,i), H. Friedsam (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), N. S. Froemming (18,j), C. Gabbanini (10,h), I. Gaines (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Ganguly (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), J. George (31,k), L. K. Gibbons (Cornell University, Ithaca, New York, USA), A. Gioiosa (24,l), K. L. Giovanetti (Department of Physics and Astronomy, James Madison University, Harrisonburg, Virginia, USA), P. Girotti (10,m), W. Gohn (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), L. Goodenough (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), T. Gorringe (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), J. Grange (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), S. Grant (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA, Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), F. Gray (19,n), S. Haciomeroglu (5,o), T. Halewood-Leagas (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), D. Hampai (INFN, Laboratori Nazionali di Frascati, Frascati, Italy), F. Han (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), J. Hempstead (University of Washington, Seattle, Washington, USA), D. W. Hertzog (University of Washington, Seattle, Washington, USA), G. Hesketh (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), E. Hess (10,p), A. Hibbert (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), Z. Hodge (University of Washington, Seattle, Washington, USA), S. Y. Hoh (20,21,q), K. W. Hong (University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), R. Hong (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA, University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), T. Hu (20,21,d), Y. Hu (20,d), M. Iacovacci (9,e), M. Incagli (INFN, Sezione di Pisa, Pisa, Italy), S. Israel (Boston University, Boston, Massachusetts, USA, Department of Physics, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), P. Kammel (University of Washington, Seattle, Washington, USA), M. Kargiantoulakis (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), M. Karuza (12,p), J. Kaspar (University of Washington, Seattle, Washington, USA), D. Kawall (Department of Physics, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), L. Kelton (Department of Physics and Astronomy, Trinity University, San Antonio, Texas, USA, University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), A. Keshavarzi (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), D. S. Kessler (Department of Physics, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), K. S. Khaw (20,21,d), Z. Khechadoorian (Cornell University, Ithaca, New York, USA), B. Kiburg (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), M. Kiburg (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA, North Central College, Naperville, Illinois, USA), O. Kim (33,n), N. Kinnaird (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), E. Kraegeloh (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), J. LaBounty (University of Washington, Seattle, Washington, USA), K. R. Labe (Cornell University, Ithaca, New York, USA), M. Lancaster (Department of Physics and Astronomy, University of Manchester, Manchester, United Kingdom), S. Lee (Center for Axion and Precision Physics), B. Li (20,r), D. Li (20,s), L. Li (20,d), I. Logashenko (4,t), A. Lorente Campos (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), Z. Lu (20,d), A. Lucà (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), G. Lukicov (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), A. Lusiani (10,u), A. L. Lyon (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), B. MacCoy (University of Washington, Seattle, Washington, USA), R. Madrak (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), K. Makino (Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA), S. Mastroianni (INFN, Sezione di Napoli, Naples, Italy), R. McCarthy (2,v), J. P. Miller (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), S. Miozzi (INFN, Sezione di Roma Tor Vergata, Rome, Italy), B. Mitra (33,w), J. P. Morgan (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), W. M. Morse (Brookhaven National Laboratory, Upton, New York, USA), J. Mott (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), A. Nath (9,e), J. K. Ng (20,21,d), H. Nguyen (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), Y. Oksuzian (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA), Z. Omarov (Center for Axion and Precision Physics, Korea Advanced Institute of Science and Technology), W. Osar (Cornell University, Ithaca, New York, USA), R. Osofsky (University of Washington, Seattle, Washington, USA), S. Park (Center for Axion and Precision Physics), G. Pauletta (25,c), J. Peck (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), G. M. Piacentino (24,l), R. N. Pilato (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), K. T. Pitts (27,x), B. Plaster (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), N. Pohlman (Northern Illinois University, DeKalb, Illinois, USA), C. C. Polly (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Počanić (University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), J. Price (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), B. Quinn (University of Mississippi, University, Mississippi, USA), M. U. H. Qureshi (Institute of Physics and Cluster of Excellence PRISMA++, Johannes Gutenberg University Mainz, Mainz, Germany), G. Rakness (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Ramachandran (1,k), E. Ramberg (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), R. Reimann (14,y), B. L. Roberts (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), D. L. Rubin (Cornell University, Ithaca, New York, USA), M. Sakurai (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), L. Santi (25,c), C. Schlesier (27,z), A. Schreckenberger (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), Y. K. Semertzidis (5,15,aa), A. K. Soha (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), M. Sorbara (11,bb), J. Stapleton (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Still (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), C. Stoughton (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Stratakis (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Stöckinger (Institut für Kern- und Teilchenphysik, Technische Universität Dresden, Dresden, Germany), H. E. Swanson (University of Washington, Seattle, Washington, USA), G. Sweetmore (Department of Physics and Astronomy, University of Manchester, Manchester, United Kingdom), D. A. Sweigart (Cornell University, Ithaca, New York, USA), M. J. Syphers (Northern Illinois University, DeKalb, Illinois, USA), Y. Takeuchi (20,21,d), D. A. Tarazona (Cornell University, Ithaca, New York, USA), T. Teubner (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), A. E. Tewsley-Booth (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA, University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), V. Tishchenko (Brookhaven National Laboratory, Upton, New York, USA), N. H. Tran (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), W. Turner (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), E. Valetov (16,cc), D. Vasilkova (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), G. Venanzoni (29,dd), T. Walton (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), A. Weisskopf (Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA), L. Welty-Rieger (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), P. Winter (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA), Y. Wu (1,ee), B. Yu (University of Mississippi, University, Mississippi, USA), M. Yucel (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), E. Zaid (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), Y. Zeng (20,21,d), C. Zhang (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom)

Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen

Die kosmische Detektivgeschichte: Die Jagd nach einer winzigen Neigung

Stellen Sie sich das Universum als eine riesige, unsichtbare Tanzfläche vor, auf der jedes Teilchen seinen eigenen, einzigartigen Rhythmus hat. Seit Jahrzehnten versuchen Physiker herauszufinden, warum das Universum hauptsächlich aus Materie besteht und nur sehr wenig Antimaterie übrig geblieben ist. Laut den besten Regeln, die wir haben (dem Standardmodell), hätten Materie und Antimaterie in gleichen Mengen entstehen und sich dann gegenseitig vernichtet und somit nichts hinterlassen sollen. Aber wir sind hier, also muss etwas die Waagschale geneigt haben.

Um den Schuldigen zu finden, suchen Wissenschaftler nach „Symmetriebrechung“. Stellen Sie sich einen perfekt rotierenden Kreisel vor. Wenn er perfekt aufrecht rotiert, sieht er aus jedem Winkel gleich aus. Aber wenn er wackelt oder kippt, ist diese Symmetrie gebrochen. In der Welt der subatomaren Teilchen gibt es zwei Hauptarten, wie ein Teilchen „wackeln“ kann: Es kann ein magnetisches Dipolmoment haben (wie ein winziger Stabmagnet) oder ein elektrisches Dipolmoment (EDM). Das magnetische ist wie eine Kompassnadel; wir wissen, dass es existiert. Das elektrische hingegen ist der Geist in der Maschine. Wenn ein Teilchen ein EDM hat, bedeutet das, dass seine positiven und negativen Ladungen leicht voneinander getrennt sind, was eine winzige elektrische „Neigung“ erzeugt, die die Regeln der Zeit- und Raumsymmetrie verletzt. Das Finden dieser Neigung wäre wie die Entdeckung eines geheimen Inhaltsstoffs im kosmischen Rezept, der erklärt, warum wir existieren. Bisher war dieser Inhaltsstoff jedoch unglaublich schwer zu finden und verbarg sich im Schatten unserer empfindlichsten Experimente.

Die Suche nach der unsichtbaren Neigung

In diesem neuesten Kapitel der Jagd hat die Muon g-2 Collaboration am Fermilab einen neuen Blick auf das Myon geworfen, einen schweren Cousin des Elektrons. Sie wollten sehen, ob das Myon dieses schwer fassbaren elektrischen Dipolmoment besitzt. Stellen Sie sich ein Myon als einen winzigen, superschnellen Gyroskop vor, der in einer riesigen, magnetischen Rennbahn rotiert. Während es um seine Bahn rast, wackelt sein Spin normalerweise in einem vorhersehbaren horizontalen Kreis, wie ein rotierender Kreisel, der auf einem Tisch präzediert.

Die große Idee des Teams war einfach, aber clever: Wenn das Myon ein elektrisches Dipolmoment hat, würden die elektrischen Kräfte innerhalb des Labors auf seine „Ladungstrennung“ drücken, was die Spinachse leicht nach oben oder unten neigen ließe, aus der flachen Rennbahn heraus. Es ist, als ob Sie einen Kreisel auf einem Tisch drehen würden und jemand sanft Luft von der Seite hineinbläst, was den Kreisel dazu bringt, sich zur Seite zu neigen. Die Forscher suchten nicht direkt nach der Neigung; stattdessen beobachteten sie die Myonen, während sie in Positronen (Antielektronen) zerfielen. Aufgrund der Art und Weise, wie Myonen zerfallen, schießen die Positronen in eine bestimmte Richtung relativ zum Spin des Myons. Wenn der Spin gekippt ist, fliegen die Positronen im Durchschnitt in einem etwas anderen vertikalen Winkel heraus als erwartet.

Das Team analysierte Daten aus den Jahren 2019 und 2020 und verfolgte Milliarden dieser Zerfallsereignisse. Sie verwendeten einen speziellen Satz von „Straw-Trackern“ – im Wesentlichen einen Ring aus hohlen Röhren, die wie hochtechnologische Augen fungieren, um die Positronen einzufangen und ihre Bahnen mit unglaublicher Präzision zu messen. Durch die Messung des durchschnittlichen vertikalen Winkels dieser Positronen über die Zeit konnten sie sehen, ob es ein rhythmisches Wackeln gab, das der Signatur eines elektrischen Dipolmoments entsprach.

Das Ergebnis: Ein sehr flacher Spin

Nach der Auswertung der Zahlen und dem Durchlaufen eines strengen Prozesses, um sicherzustellen, dass keine versteckten Fehler die Ergebnisse verfälschen, lautete die Antwort: Das Myon neigte sich nicht. Die Daten zeigten, dass der durchschnittliche vertikale Winkel der Positronen mit einer Neigung von Null konsistent war. Der gemessene Wert für das elektrische Dipolmoment des Myons ist $d_\mu = (-0,35 \pm 0,19_{\text{stat}} \pm 0,34_{\text{sys}}) \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm}$ .

Da diese Zahl so nah bei Null liegt und der Unsicherheitsbereich die Null einschließt, kam das Team zu dem Schluss, dass sie kein permanentes elektrisches Dipolmoment gefunden haben. Stattdessen setzten sie eine neue, strengere Grenze für die Größe, die es höchstens haben könnte. Sie erklärten mit einer Konfidenz von 95 %, dass das elektrische Dipolmoment des Myons kleiner als $1,10 \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm}$ ist.

Dies ist eine signifikante Verbesserung gegenüber dem bisherigen Bestwert aus dem Brookhaven National Laboratory, wodurch das Netz um den Faktor 1,5 enger gezogen wurde. Obwohl dieses Ergebnis nicht den „geheimen Inhaltsstoff“ enthüllt, der das Materie-Antimaterie-Ungleichgewicht erklärt, schließt es jedoch eine breite Palette von Theorien aus, die eine größere Neigung vorhergesagt hatten. Die Autoren merken an, dass dieses Ergebnis durch systematische Unsicherheiten begrenzt ist – insbesondere dadurch, wie perfekt die Tracking-Detektoren ausgerichtet waren. Sie erwarten, dass sie mit mehr Daten aus zukünftigen Durchläufen die Detektoren noch besser ausrichten und diese Grenze noch weiter senken können, um die Suche nach jenem winzigen, das Universum definierenden Wackeln fortzusetzen.

Technische Zusammenfassung: Eine verbesserte direkte Grenze für das elektrische Dipolmoment des Myons

Problem und Motivation
Die beobachtete Materie-Antimaterie-Asymmetrie des Universums kann nicht durch die bekannten Quellen der Ladungs-Paritäts-Verletzung (CP-Verletzung) innerhalb des Standardmodells (SM) erklärt werden [1, 2]. Elektrische Dipolmomente (EDMs) verletzen sowohl die Paritäts- (P) als auch die Zeitumkehr-Symmetrie (T); unter der Annahme der CPT-Erhaltung impliziert ein von Null verschiedenes EDM eine CP-Verletzung. Obwohl bisher kein fundamentales Teilchen oder gebundener Zustand (wie etwa das Neutron) ein EDM nachgewiesen wurde [3–5], ist die Vorhersage des Standardmodells für das Myon-EDM vernachlässigbar klein ( $O(10^{-38})$ e·cm) [6]. Indirekte Grenzwerte, die aus Messungen des Elektronen-EDMs oder aus Myon-Schleifen-Wechselwirkungen in Kernen abgeleitet werden, beruhen auf Annahmen (wie etwa der minimalen Flavor-Verletzung), die in der Physik jenseits des Standardmodells (BSM) möglicherweise nicht gelten [7–10]. Folglich ist eine direkte Messung des Myon-EDMs von entscheidender Bedeutung. Ein Ergebnis, das nahe den aktuellen experimentellen Grenzen inkonsistent mit Null wäre, würde das Standardmodell widerlegen und BSM-Theorien einschränken [13, 14].

Methodik
Diese Analyse verwendet Daten des Fermilab Muon $g-2$ Experiments, die zwischen 2019 und 2020 (Run-2, Run-3a und Run-3b) gesammelt wurden. Das Experiment nutzt einen Strahl hochgradig polarisierter positiver Myonen, die in einen 1,45 T starken superferrischen Speicherring mit einem „Magic Momentum“ von 3,094 GeV/c injiziert werden, bei dem der Beitrag des elektrischen Feldes zur Spinpräzession verschwindet.

Messprinzip: In Gegenwart eines nicht verschwindenden EDM ( $d_\mu$ ) wird ein Drehmoment auf den Myon-Spin ausgeübt, welches die Präzisionsebene des Spins aus der horizontalen Ebene herauskippt. Diese Neigung ( $\delta$ ) induziert eine Oszillation im durchschnittlichen vertikalen Zerfallswinkel ( $\langle \theta_y \rangle$ ) der Positronen aus den Myonzerfällen. Diese Oszillation tritt bei der anomalen Präzesionsfrequenz ( $\omega_a$ ) auf, ist jedoch um $\pi/2$ phasenverschoben zur Standard-Spinpräzisionsoszillation.
Detektion: Die Analyse stützt sich auf In-Vakuum-Stroh-Tracker-Stationen (S12 und S18), um die Trajektorien der zerfallenden Positronen zu messen. Der Datensatz umfasst $2,34 \times 10^9$ detektierte Positronen innerhalb eines spezifischen Zeitfensters (26,2 bis 602,4 $\mu$ s nach der Injektion).
Analysestrategie: Der vertikale Zerfallswinkel $\langle \theta_y \rangle$ wird modulo der Präzisionsperiode geordnet. Die Daten werden an eine Funktion angepasst, die in-Phase-Komponenten ( $C_a$ ) und aus-der-Phase-Komponenten ( $S_a$ ) relativ zur anomalen Präzision enthält. Die Amplitude $S_a$ ist direkt proportional zum EDM.
Korrekturen und Systematik:
- R-Faktoren: Die gemessene Amplitude wird korrigiert für den Lorentz-Boost ( $R_\gamma$ ), die Myon-Polarisation ( $R_P$ ), die momenta-abhängige Zerfallswinkel-Verteilung ( $R_{e^+}$ ) und die Detektorakzeptanz ( $R_{acc}$ ).
- Blinding (Verblindung): Die Analyse wurde durch das Injizieren eines unbekannten Oszillationssignals blind gehalten. Eine initiale „Soft Unblinding“-Überprüfung offenbarte eine Diskrepanz, was eine interne Überprüfung auslöste, die eine vertikale Fehlstellung der Tracker sowie Unsicherheiten im longitudinalen Magnetfeld identifizierte.
- EDM-ähnliche Signale: Korrekturen wurden für Fehlsignale angewandt, die aus einer vertikalen Tracker-Fehlstellung (welche die mittlere vertikale Position verändert) und radialen Magnetfeldkomponenten (welche eine Neigung im Ruhesystem induzieren) resultieren. Eine Messung des longitudinalen Magnetfeldes wurde ebenfalls verwendet, um eine Unsicherheit zuzuweisen.

Wesentliche Beiträge und Ergebnisse
Die Arbeit präsentiert eine neue direkte Grenze für das Myon-EDM basierend auf der kombinierten Analyse von 48 unabhängigen Messungen (über drei Runs, zwei Stationen und acht Momentum-Bins).

Endergebnis: Die kombinierte Messung liefert ein Myon-EDM von:
$d_\mu = (-0,35 \pm 0,19_{\text{stat}} \pm 0,34_{\text{sys}}) \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm}$
Dieses Ergebnis ist konsistent mit Null.
Grenzwerte: Basierend auf dem Feldman-Cousins-Verfahren setzt die Arbeit eine einseitige Obergrenze von:
$|d_\mu| < 1,10 \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm} \quad \text{bei 95\% CL}$
$|d_\mu| < 0,98 \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm} \quad \text{bei 90\% CL}$
Unsicherheitsanalyse: Das Ergebnis ist systematiklimitiert. Die dominierende Quelle der systematischen Unsicherheit (3,12 $\times 10^{-20}$ e·cm) ergibt sich aus der Korrektur für die vertikale Ausrichtung der Tracker. Andere signifikante Beiträge sind die Ausrichtung der Spurrekonstruktion (Track Reconstruction Alignment) und die Kopplung der Strahl-Dynamik an die Akzeptanz. Die statistische Unsicherheit beträgt 1,87 $\times 10^{-20}$ e·cm.
Vergleich: Die Gesamtunterschiedlichkeit dieses Ergebnisses ist um den Faktor 2,3 kleiner als der bisherige beste direkte Grenzwert aus dem Brookhaven National Laboratory (BNL E821) Experiment ( $|d_\mu| < 1,8 \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm}$ ).

Bedeutung
Die Arbeit behauptet, dass dieses Ergebnis eine neue direkte Grenze für das Myon-EDM setzt und den bisherigen 95%-Konfidenzniveau-Grenzwert um den Faktor 1,5 verbessert. Die Autoren merken an, dass das aktuelle Ergebnis durch systematische Unsicherheiten begrenzt ist, insbesondere durch die Bestimmung der vertikalen Ausrichtung. Sie stellen fest, dass diese Unsicherheit statistisch limitiert ist und sich signifikant verbessern wird, wenn der vollständige Datensatz aus zukünftigen Läufen (Runs 4, 5 und 6) einbezogen wird, welcher die 2,5-fache Statistik der hier präsentierten Analyse liefern wird. Die Messung bleibt konsistent mit der Vorhersage des Standardmodells und liefert eine strenge Einschränkung für BSM-Theorien.

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