⚛️ nuclear experiments

An improved direct limit on the muon electric dipole moment

연구진은 2019년과 2020년 사이에 수집된 페르미랩 뮤온 g-2 실험 데이터를 사용하여 뮤온의 전기 쌍극자 모멘트에 대한 새로운 직접적인 95% 신뢰 수준 한계치인 $|d_\mu|<1.10\times10^{-19}~e\cdot$ cm를 확립하였으며, 측정값이 0과 일치함을 발견하였다.

원저자: 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)

게시일 2026-08-12

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CC BY 4.0

원저자: 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)

원본 논문은 CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. ✨ 이것은 아래 논문에 대한 AI 생성 설명입니다. 저자가 작성하거나 승인한 것이 아닙니다. 기술적 정확성을 위해서는 원본 논문을 참조하세요. 전체 면책 조항 읽기

우주적 탐정 이야기: 아주 작은 기울기를 찾아서

우주를 모든 입자가 자신만의 고유한 리듬을 가진 거대하고 보이지 않는 무도회장이라고 상상해 보세요. 수십 년 동안 물리학자들은 왜 우주가 반물질은 거의 남기지 않은 채 대부분 물질로 이루어져 있는지 알아내기 위해 노력해 왔습니다. 우리가 가진 최고의 법칙(표준 모델)에 따르면, 물질과 반물질은 같은 양으로 생성된 후 서로를 소멸시켜 아무것도 남기지 말아야 합니다. 하지만 우리는 여전히 여기에 존재합니다. 즉, 무언가가 저울의 균형을 깨뜨렸다는 뜻입니다.

그 범인을 찾기 위해 과학자들은 '대칭성 깨짐'을 관찰합니다. 완벽하게 회전하는 팽이를 생각해 보세요. 만약 팽이가 똑바로 서서 완벽하게 돈다면, 어느 각도에서 보더라도 똑같아 보일 것입니다. 하지만 팽이가 흔들리거나 기울어진다면, 그 대칭성은 깨진 것입니다. 아원자 입자의 세계에서 입자가 '흔들릴' 수 있는 방법에는 두 가지 주요 방식이 있습니다. 하나는 자기 쌍극자 모멘트(작은 막대 자석과 같은 것)를 갖는 것이고, 다른 하나는 전기 쌍극자 모멘트(EDM)를 갖는 것입니다. 자기적인 것은 나침반 바늘과 같아서 우리는 그것이 존재한다는 것을 알고 있습니다. 하지만 전기적인 것은 기계 속의 유령과 같습니다. 만약 입자가 EDM을 가지고 있다면, 이는 입자의 양전하와 음전하가 미세하게 분리되어 시간과 공간의 대칭성을 위반하는 아주 작은 전기적 '기울기'를 생성한다는 것을 의미합니다. 이 기울기를 발견하는 것은 우리가 왜 존재하는지를 설명해 줄 우주의 레시피 속 비밀 재료를 발견하는 것과 같습니다. 하지만 지금까지 이 재료는 우리의 가장 민감한 실험들의 그림자 속에 숨어 있어 찾아내기가 믿기 힘들 정도로 어려웠습니다.

보이지 않는 기울기를 향한 탐색

이 추적의 최신 장에서, 페르미랩(Fermilab)의 뮤온 g-2 협력단은 전자의 무거운 사촌 격인 뮤온을 새롭게 살펴보았습니다. 그들은 뮤온이 이 포착하기 어려운 전기 쌍극자 모멘트를 가지고 있는지 확인하고자 했습니다. 뮤온을 거대한 자기 트랙 내부에서 회전하는 작고 매우 빠른 자이로스코프로 상상해 보세요. 뮤온이 질주할 때, 그 스핀은 보통 테이블 위에서 세차 운동을 하는 팽이처럼 예측 가능한 수평 원을 그리며 흔들립니다.

연구팀의 아이디어는 단순하지만 영리했습니다. 만약 뮤온이 전기 쌍극자 모멘트를 가지고 있다면, 실험실 내부의 전기력이 뮤온의 '전기적 전하 분리'에 작용하여, 스핀 축이 평평한 트랙 밖으로 약간 위나 아래로 기울어지게 만들 것입니다. 이는 마치 당신이 테이블 위에서 팽이를 돌리고 있을 때, 누군가 옆에서 부드럽게 바람을 불어 팽이가 옆으로 기울게 만드는 것과 같습니다. 연구원들은 기울어짐을 직접적으로 관찰하지 않았습니다. 대신, 뮤온이 양전자(반전자)로 붕괴하는 과정을 관찰했습니다. 뮤온이 붕괴하는 방식 때문에, 양전자는 뮤온의 스핀에 대해 특정 방향으로 튀어나갑니다. 만약 스핀이 기울어져 있다면, 양전자는 평균적으로 예상보다 약간 다른 수직 각도로 날아갈 것입니다.

연구팀은 2019년과 2020년의 데이터를 분석하며 수십억 개의 이러한 붕계 사건을 추적했습니다. 그들은 고도의 정밀도로 양전자를 포착하고 그 경로를 측정하는 고성능 눈 역할을 하는 중공 튜브 형태의 특수 '스트로 트래커(straw trackers)'를 사용했습니다. 양전자의 평균 수직 각도를 측정함으로써, 그들은 전기 쌍극자 모멘트의 징후와 일치하는 리드미컬한 흔들림이 있는지 확인할 수 있었습니다.

결과: 매우 평평한 스핀

숫자를 계산하고 결과가 왜곡되지 않도록 엄격한 과정을 거친 후, 답이 나왔습니다. 뮤온은 기울어지지 않았습니다. 데이터에 따르면 양전자의 평균 수직 각도는 제로(0) 기울기와 일치했습니다. 측정된 뮤온의 전기 쌍극자 모멘트 값은 $d_\mu = (-0.35 \pm 0.19_{\text{stat}} \pm 0.34_{\text{sys}}) \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm}$ 입니다.

이 숫자는 0에 매우 가깝고 불확실성 범위에 0이 포함되어 있기 때문에, 연구팀은 뮤온이 영구적인 전기 쌍극자 모멘트를 가지고 있지 않다고 결론지었습니다. 대신, 그들은 이것이 얼마나 커질 수 있는지에 대한 더 엄격한 한계치를 설정했습니다. 그들은 95% 신뢰 수준에서 뮤온의 전기 쌍극자 모멘트가 $1.10 \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm}$ 보다 작다고 밝혔습니다.

이는 브룩헤이븐 국립연구소(Brookhaven National Laboratory)의 이전 최고 기록보다 1.5배 더 촘촘하게 그물을 죄며 개선된 결과입니다. 이 결과가 물질-반물질 불균형을 설명하는 '비밀 재료'를 밝혀낸 것은 아니지만, 더 큰 기울기를 예측했던 광범위한 이론들을 배제하는 역할을 합니다. 저자들은 이 결과가 계통 오차, 구체적으로는 트래킹 검출기가 얼마나 완벽하게 정렬되었는지에 의해 제한된다고 언급했습니다. 그들은 향후 실행될 실험에서 더 많은 데이터를 확보하면 검출기를 더욱 완벽하게 정렬하여 이 한계치를 더 낮출 수 있을 것으로 기대하며, 우주를 결정짓는 그 미세한 흔들림을 찾는 탐색을 계속할 것입니다.

기술 요약: 뮤온 전기 쌍극자 모멘트에 대한 개선된 직접 한계치

문제 및 동기
관측된 우주의 물질-반물질 비대칭성은 표준 모델(SM) 내의 알려진 전하-패리티(CP) 위반 원인으로는 설명될 수 없다 [1, 2]. 전기 쌍극자 모멘트(EDM)는 패리티(P)와 시간 역전(T) 대칭성을 모두 위반하며, CPT 보존 가설 하에서 0이 아닌 EDM은 CP 위반을 의미한다. 아직 근본 입자나 결합 상태(예: 중성자)에서 EDM이 관측된 사례는 없으나 [3–5], 표준 모델이 예측하는 뮤온 EDM은 무시할 수 있는 수준( $O(10^{-38})$ e·cm)이다 [6]. 전자 EDM 측정이나 핵 내 뮤온 루프 상호작용으로부터 유도된 간접적인 한계치는 (최소 플레이버 위반과 같은) 가설에 의존하며, 이는 초표준 모델(BSM) 물리학에서는 성립하지 않을 수 있다 [7–10]. 따라서 뮤온 EDM에 대한 직접적인 측정이 매우 중요하다. 현재의 실험적 한계치 근처에서 0과 일치하지 않는 결과가 나온다면, 이는 표준 모델에 반하며 BSM 이론들을 제약하게 될 것이다 [13, 14].

방법론
본 분석은 2019년에서 2020년 사이(Run-2, Run-3a, Run-3b)에 수집된 페르미랩 뮤온 $g-2$ 실험 데이터를 활용한다. 이 실험은 고도로 편광된 양의 뮤온 빔을 3.094 GeV/c의 "매직 모멘텀(magic momentum)"을 가진 1.45 T 초강력(superferric) 저장 링에 주입하며, 이 지점에서는 전기장 기여에 의한 스핀 세차 운동이 사라진다.

측정 원리: 0이 아닌 EDM( $d_\mu$ )이 존재할 경우, 뮤온 스핀에 토크가 가해져 스핀 세차 평면이 수평면 밖으로 기울어진다. 이 기울기( $\delta$ )는 뮤온 붕괴 양전자(positron)의 평균 수직 붕괴 각도( $\langle \theta_y \rangle$ )에 진동을 유도한다. 이 진동은 이상 세차 주파수( $\omega_a$ )에서 발생하지만, 표준 스핀 세차 진동과는 위상이 $\pi/2$ 차이가 난다.
검출: 분석은 궤적을 측정하기 위해 진공 내부 스트로 트래커 스테이션(S12 및 S18)에 의존한다. 데이터셋은 특정 시간 창(주입 후 26.2 ~ 602.4 $\mu$ s) 내에서 검출된 $2.34 \times 10^9$ 개의 양전자로 구성된다.
분석 전략: 수직 붕계 각도 $\langle \theta_y \rangle$ 를 세차 주기 모듈로로 빈(bin)을 나눈다. 데이터는 이상 세차에 대해 인페이즈(in-phase, $C_a$ ) 성분과 아웃오브페이즈(out-of-phase, $S_a$ ) 성분을 포함하는 함수로 피팅된다. 진폭 $S_a$ 는 EDM에 직접 비례한다.
보정 및 계통 오차:
- R-인자: 측정된 진폭은 로런츠 부스트( $R_\gamma$ ), 빔 편광( $R_P$ ), 모멘텀 의존 붕괴 각도 확산( $R_{e^+}$ ), 그리고 검출기 수용도( $R_{acc}$ )에 대해 보정된다.
- 블라인딩(Blinding): 분석은 미지의 진동 신호를 주입하여 블라인딩 처리를 하였다. 초기 "소프트 언블라인딩(soft unblinding)" 확인 과정에서 불일치가 발견되었으며, 이는 트래커의 수직 미정렬(misalignment)과 종방향 자기장의 불확실성을 식별하는 내부 검토로 이어졌다.
- EDM 유사 신호: 수직 트래커 미정렬(평균 수직 위치를 변화시킴) 및 반경 방향 자기장 성분(정지 좌표계에서의 기울기를 유도함)으로부터 발생하는 가짜 신호에 대한 보정이 적용되었다. 종방향 자기장 측정값 또한 불확실성을 할당하는 데 사용되었다.

주요 기여 및 결과
본 논문은 48개의 독립적인 측정(3개 런, 2개 스테이션, 8개 모멘텀 빈에 걸친)의 결합 분석을 바탕으로 한 새로운 뮤온 EDM 직접 한계치를 제시한다.

최종 결과: 결합된 측정값에 의한 뮤온 EDM은 다음과 같다:
$d_\mu = (-0.35 \pm 0.19_{\text{stat}} \pm 0.34_{\text{sys}}) \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm}$
이 결과는 0과 일치한다.
한계치: 펠드만-코우시스(Feldman-Cousins) 절차에 따라, 본 논문은 다음의 단측 상한선을 설정한다:
$|d_\mu| < 1.10 \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm} \quad (\text{95\% CL})$
$|d_\mu| < 0.98 \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm} \quad (\text{90\% CL})$
불확실성 분석: 결과는 계통 오차에 의해 제한된다. 가장 지배적인 계통 불확실성 원인( $3.12 \times 10^{-20}$ e·cm)은 트래커의 수직 정렬 보정에서 발생한다. 다른 주요 기여로는 궤적 재구성 정렬 및 수용도에 대한 빔 역학 결합 등이 있다. 통계적 불확실성은 $1.87 \times 10^{-20}$ e·cm이다.
비교: 이 결과의 총 불확실성은 이전의 최선 직접 한계치인 브룩헤이븐 국립연구소(BNL E821) 실험( $|d_\mu| < 1.8 \times 10^{-19}$ e·cm)보다 2.3배 더 작다.

의의
본 논문은 이 결과가 이전의 95% 신뢰 수준 한계치를 1.5배 개선한 새로운 직접 한계치를 설정한다고 주장한다. 저자들은 현재 결과가 특히 수직 정렬 결정에 의한 계통 불확실성에 의해 제한된다고 언급하였다. 이 불확실성은 통계적으로 제한되어 있으며, 향후 런(Run 4, 5, 6)의 전체 데이터셋이 포함되면 크게 개선될 것으로 예상된다. 해당 데이터셋은 본 분석에 제시된 것보다 2.5배 많은 통계량을 제공할 것이다. 이 측정은 표준 모델의 예측과 일치하며, BSM 이론에 대한 엄격한 제약을 제공한다.

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