⚛️ nuclear experiments

An improved direct limit on the muon electric dipole moment

Utilizzando i dati dell'esperimento Fermilab Muon g-2 raccolti tra il 2019 e il 2020, i ricercatori hanno stabilito un nuovo limite diretto a livello di confidenza del 95% sul momento di dipolo elettrico del muone di $|d_\mu|<1.10\times10^{-19}~e\cdot$ cm, riscontrando che il valore misurato è coerente con lo zero.

Autori originali: 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)

Pubblicato 2026-08-12

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CC BY 4.0

Autori originali: 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)

Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Questa è una spiegazione generata dall'IA dell'articolo qui sotto. Non è stata scritta né approvata dagli autori. Per precisione tecnica, consulta l'articolo originale. Leggi il disclaimer completo

La storia del detective cosmico: alla ricerca di una minuscola inclinazione

Immaginate l'universo come una gigantesca pista da ballo invisibile dove ogni particella ha il proprio ritmo unico. Per decenni, i fisici hanno cercato di capire perché l'universo sia fatto principalmente di materia, con pochissima antimateria rimasta. Secondo le migliori regole di cui disponiamo (il Modello Standard), materia e antimateria avrebbero dovuto essere create in quantità uguali e poi annichilirsi a vicenda, non lasciando nulla dietro di sé. Ma siamo qui, quindi qualcosa deve aver sbilanciato la bilancia.

Per trovare il colpevole, gli scienziati cercano la "rottura della simmetria". Pensate a una trottola che gira perfettamente. Se ruota dritta, sembra la stessa da ogni angolazione. Ma se oscilla o si inclina, quella simmetria è rotta. Nel mondo delle particelle subatomiche, ci sono due modi principali in cui una particella può "oscillare": può avere un momento di dipolo magnetico (come un minuscolo magnete a barra) o un momento di dipolo elettrico (EDM). Quello magnetico è come l'ago di una bussola; sappiamo che esiste. Quello elettrico, invece, è il fantasma nella macchina. Se una particella ha un EDM, significa che le sue cariche positive e negative sono leggermente separate, creando una minuscola "inclinazione" elettrica che viola le regole della simmetria temporale e spaziale. Trovare questa inclinazione sarebbe come scoprire un ingrediente segreto nella ricetta cosmica che spiega perché esistiamo. Ma finora, questo ingrediente è stato incredibilmente difficile da trovare, nascosto nelle ombre dei nostri esperimenti più sensibili.

La ricerca dell'inclinazione invisibile

In questo ultimo capitolo della caccia, la collaborazione Muon g-2 al Fermilab ha esaminato con attenzione il muone, un "cugino" pesante dell'elettrone. Volevano vedere se il muone possiede questo elusivo momento di dipolo elettrico. Immaginate un muone come un minuscolo giroscopio iperveloce che ruota all'interno di una gigantesca pista magnetica. Mentre sfreccia, il suo spin solitamente oscilla in un cerchio orizzontale prevedibile, come una trottola che precessa su un tavolo.

L'idea principale del team era semplice ma intelligente: se il muone avesse un momento di dipolo elettrico, le forze elettriche all'interno del laboratorio spingerebbero sulla sua "separazione di carica elettrica", causando un'inclinazione dell'asse dello spin verso l'alto o verso il basso, fuori dalla pista piatta. È come se steste facendo ruotare una trottola su un tavolo e qualcuno soffiasse delicatamente aria dal lato, facendo inclinare la trottola. I ricercatori non hanno cercato l'inclinazione direttamente; invece, hanno osservato i muoni mentre decadono in positroni (antielettroni). A causa del modo in cui i muoni decadono, i positroni vengono emessi in una direzione specifica rispetto allo spin del muone. Se lo spin è inclinato, i positroni voleranno, in media, con un angolo verticale leggermente diverso rispetto a quello atteso.

Il team ha analizzato i dati del 2019 e del 2020, tracciando miliardi di questi eventi di decadimento. Hanno utilizzato un set speciale di "tracker a paglia" (straw trackers) — essenzialmente un anello di tubi cavi che agiscono come occhi ad alta tecnologia per catturare i positroni e misurare i loro percorsi con incredibile precisione. Misurando l'angolo verticale medio di questi positroni nel tempo, potevano vedere se c'era un'oscillazione ritmica corrispondente alla firma di un momento di dipolo elettrico.

Il risultato: uno spin molto piatto

Dopo aver elaborato i numeri e seguito un rigoroso processo per garantire che nessun errore nascosto potesse falsare i risultati, la risposta è arrivata: il muone non si è inclinato. I dati hanno mostrato che l'angolo verticale medio dei positroni era coerente con un'inclinazione pari a zero. Il valore misurato per il momento di dipolo elettrico del muone è $d_\mu = (-0,35 \pm 0,19_{\text{stat}} \pm 0,34_{\text{sys}}) \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm}$ .

Poiché questo numero è molto vicino allo zero e l'intervallo di incertezza include lo zero, il team ha concluso che non ha trovato un momento di dipolo elettrico permanente. Invece, hanno stabilito un nuovo limite più stretto su quanto grande possa essere. Hanno dichiarato che, con una confidenza del 95%, il momento di dipolo elettrico del muone è inferiore a $1,10 \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm}$ .

Questo è un miglioramento significativo rispetto al precedente limite stabilito dal Brookhaven National Laboratory, stringendo la rete di un fattore di 1,5. Sebbene questo risultato non riveli l' "ingrediente segreto" che spiega lo squilibrio tra materia e antimateria, esso esclude una vasta gamma di teorie che prevedevano un'inclinazione maggiore. Gli autori osservano che questo risultato è limitato dalle incertezze sistematiche — specificamente, quanto perfettamente i detector di tracciamento fossero allineati. Prevedono che, con più dati dalle corse future, saranno in grado di allineare i detector ancora meglio e spingere questo limite ancora più in basso, continuando la ricerca di quella minuscola, universo-definente oscillazione.

Sintesi Tecnica: Un miglioramento del limite diretto sul momento di dipolo elettrico del muone

Problema e Motivazione
L'osservata asimmetria materia-antimateria dell'universo non può essere spiegata dalle note fonti di violazione della carica-parità (CP) all'interno del Modello Standard (SM) [1, 2]. I momenti di dipolo elettrico (EDM) violano sia la simmetria di parità (P) che quella di inversione temporale (T); sotto l'assunzione di conservazione della CPT, un EDM non nullo implica una violazione della CP. Sebbene nessun fondamentale particella o stato legato (come il neutrone) sia ancora stato osservato possedere un EDM [3–5], la previsione dello SM per l'EDM del muone è trascurabile ( $O(10^{-38})$ e·cm) [6]. I limiti indiretti derivati dalle misurazioni dell'EDM dell'elettrone o dalle interazioni dei loop di muoni nei nuclei si basano su assunzioni (come la violazione minima del sapore) che potrebbero non valere nella fisica oltre il Modello Standard (BSM) [7–10]. Di conseguenza, una misurazione diretta dell'EDM del muone è critica. Un risultato inconsistente con lo zero in prossimità degli attuali limiti sperimentali contraddirebbe lo SM e vincolerebbe le teorie BSM [13, 14].

Metodologia
Questa analisi utilizza i dati dell'esperimento Fermilab Muon $g-2$ raccolti tra il 2019 e il 2020 (Run-2, Run-3a e Run-3b). L'esperimento impiega un fascio di muoni positivi altamente polarizzati iniettati in un anello di accumulo superferrico da 1,45 T con un "momento magico" di 3,094 GeV/c, dove il contributo del campo elettrico alla precessione dello spin svanisce.

Principio di Misura: In presenza di un EDM non nullo ( $d_\mu$ ), viene esercitato un torque sullo spin del muone, inclinando il piano di precessione dello spin rispetto al piano orizzontale. Questa inclinazione ( $\delta$ ) induce un'oscillazione nell'angolo di decadimento verticale medio ( $\langle \theta_y \rangle$ ) dei positroni derivanti dal decadimento dei muoni. Questa oscillazione avviene alla frequenza di precessione anomala ( $\omega_a$ ) ma è sfasata di $\pi/2$ rispetto alla standard oscillazione di precessione dello spin.
Rilevazione: L'analisi si basa su stazioni di tracciamento a canne (straw tracker) in vuoto (S12 e S18) per misurare le traiettorie dei positroni in decadimento. Il dataset comprende $2,34 \times 10^9$ positroni rilevati entro una specifica finestra temporale (da 26,2 a 602,4 $\mu$ s dopo l'iniezione).
Strategia di Analisi: L'angolo di decadimento verticale $\langle \theta_y \rangle$ viene suddiviso in bin modulo il periodo di precessione. I dati vengono adattati a una funzione contenente componenti in fase ( $C_a$ ) e fuori fase ( $S_a$ ) rispetto alla precessione anomala. L'ampiezza $S_a$ è direttamente proporzionale all'EDM.
Correzioni e Sistematiche:
- Fattori R: L'ampiezza misurata è corretta per il boost Lorentz ( $R_\gamma$ ), la polarizzazione del fascio ( $R_P$ ), la dispersione dell'angolo di decadimento dipendente dal momento ( $R_{e^+}$ ) e l'accettanza del rivelatore ( $R_{acc}$ ).
- Cecità (Blinding): L'analisi è stata resa cieca iniettando un segnale di oscillazione ignoto. Un controllo iniziale di "soft unblinding" ha rivelato una discrepanza, portando a una revisione interna che ha identificato un disallineamento verticale dei tracciatori e incertezze nel campo magnetico longitudinale.
- Segnali simili all'EDM: Sono state applicate correzioni per segnali falsi derivanti dal disallineamento verticale dei tracciatori (che altera la posizione verticale media) e dai componenti radiali del campo magnetico (che inducono un'inclinazione nel sistema di riferimento a riposo). Una misurazione del campo magnetico longitudinale è stata inoltre utilizzata per assegnare un'incertezza.

Contributi Chiave e Risultati
Il documento presenta un nuovo limite diretto sull'EDM del muone basato sull'analisi combinata di 48 misurazioni indipendenti (attraverso tre run, due stazioni e otto bin di momento).

Risultato Finale: La misurazione combinata fornisce un EDM del muone di:
$d_\mu = (-0,35 \pm 0,19_{\text{stat}} \pm 0,34_{\text{sys}}) \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm}$
Questo risultato è consistente con lo zero.
Limiti: Basandosi sulla procedura di Feldman-Cousins, il documento stabilisce un limite superiore a un lato di:
$|d_\mu| < 1,10 \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm} \quad \text{al 95\% CL}$
$|d_\mu| < 0,98 \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm} \quad \text{al 90\% CL}$
Scomposizione dell'Incertezza: Il risultato è limitato dalle sistematiche. La fonte dominante di incertezza sistematica ( $3,12 \times 10^{-20}$ e·cm) deriva dalla correzione per l'allineamento verticale dei tracciatori. Altri contributi significativi includono l'allineamento della ricostruzione delle tracce e l'accoppiamento della dinamica del fascio con l'accettanza. L'incertezza statistica è di $1,87 \times 10^{-20}$ e·cm.
Confronto: L'incertezza totale di questo risultato è un fattore 2,3 inferiore rispetto al precedente miglior limite diretto dall'esperimento Brookhaven National Laboratory (BNL E821) ( $|d_\mu| < 1,8 \times 10^{-19}$ e·cm).

Significatività
Il documento afferma che questo risultato stabilisce un nuovo limite diretto sull'EDM del muone, migliorando il precedente limite al livello di confidenza del 95% di un fattore 1,5. Gli autori osservano che l'attuale risultato è limitato dalle incertezze sistematiche, specificamente dalla determinazione dell'allineamento verticale. Essi dichiarano che questa incertezza è limitata statisticamente ed è prevista che migliori significativamente quando verranno inclusi i dati completi delle run future (Run 4, 5 e 6), che forniranno 2,5 volte la statistica presentata in questa analisi. La misurazione rimane consistente con la previsione dello Standard Model e fornisce un vincolo rigoroso per le teorie BSM.

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