Myonin anomaalinen magneettinen momentti - Salomaa, Santeri (My University, 2023)
Anomaalinen magneettinen momentti on hiukkasen spinin synnyttämän magneettisen dipolimomentin klassisen teorian ennustuksesta eroava osa. Spinin magneettisen momentin suuruutta kuvaa g-tekijä, jonka anomaalinen osa (g-2)/2 saadaan laskettua hyvin tarkkaan hiukkasfysiikan standardimallista. Anomaalinen g-tekijä on peräisin kvanttisilmukkatason korjauksista, jotka aiheutuvat virtuaalisten hiukkasten vuorovaikutuksista. Kokeellisesti g-tekijän arvo mitataan ulkoisessa magneettikentässä, missä g-tekijä on suoraan verrannollinen hiukkasen spin-prekession kulmanopeuteen. Elektronia noin 207 kertaa massiivisempi myoni on huomattavasti herkempi ei-universaaleille korjaustyypille, joiden suuruus riippuu hiukkasten massasuhteista. Tämän vuoksi standardimallin sisällä häiriöteorian suuren kertaluvun sarjatermit ja hadroniset vuorovaikutukset antavat merkittävän kontribuution myonin anomaaliseen g-tekijään. Tämä yhdistettynä kokeellisten mittausten hyvään tarkkuuteen tekee myonista kiinnostavan tutkimuskohteen. Myonin g-2 -tutkimus laittaa standardimallin kovalle testille, josta se ei välttämättä selviä yksinään. Tutkimus on paljastanut teorian ja kokeiden välille 4,2:n keskihajonnan statistisen eron, ja tätä mysteeriä kutsutaan myonin g-2 -ongelmaksi. Voi olla, että suurille korjauksille alttiin myonin kokeellisessa mittaustuloksessa näkyy jo 'uuden fysiikan' kontribuutio, joka voidaan selittää vain standardimallia laajentamalla. Tutkielmassa suoritetaan kokonaisvaltainen meta-analyysi aiheeseen. Painotus on teoreettisessa puolessa ja standardimallin yksityiskohtien tarkastelussa, mutta vertailua varten oleelliset kokeelliset ilmiöt, mittausmenetelmät ja tulokset käsitellään läpi. Liitteissä esitetyillä laskuilla tuetaan aiheen eksplisiittistä käsittelyä. Tutkielman lopussa päädytään tarkastelemaan ratkaisuja, joita etsitään kokeelliselta puolelta, standardimallin sisältä ja teorian laajennuksista.
Keywords: myoni, g-2, magneettinen momentti, spin-prekessio, standardimalli, kvanttisähködynamiikka, sähköheikko teoria, hadroniset vuorovaikutukset, hila-QCD, standardimallin laajennukset