Fizik Yasalarına Uymayan Gizemli Bir Atom Altı Parçacık Keşfedildi
Bilim insanları, atom altı bir parçacığın kendine özgü “yalpalamasını” gözlemledikten sonra, doğanın yeni bir gücünü tanımlamaya yaklaşıyorlar.
Uzmanlar, ABD Fermilab’ında 15 metre çapındaki bir halkadan elektronlara benzeyen minik müonları geçirdiler. Müonun manyetik “yalpalama” ölçümleri, parçacık fiziğinin Standart Modeli ile açıklanamıyor ve potansiyel olarak bilinmeyen bir beşinci kuvvete işaret ediyor.
Kozmik ışınlar Dünya’nın atmosferine çarptığında müonlar doğal olarak oluştuğundan, bu sonuçlar evrenin nasıl çalıştığına dair inancımızı değiştirebilir.
Bulgular, 2021’den önceki bulguları destekliyor; ancak analiz edilen veri miktarının dört katından fazlasını içeriyor ve ‘yeni fizik’ iddiasını güçlendiriyor.
Fermilab’dan bilim insanları Perşembe günü Physical Review Letters dergisine sundukları bir araştırma makalesinde çalışmalarını detaylandırdılar.
Fermilab’dan Brendan Casey, “Müonun bilmediğimiz bir şeyle etkileşime girdiğine dair bir gösterge arıyoruz” dedi.
Her şey olabilir – yeni parçacıklar, yeni kuvvetler, yeni boyutlar, uzay-zamanın yeni özellikleri, her şey.
Casey teorileri, sonuçların “uzay-zamanın yeni bir özelliğine” veya fizik yasalarının her yerde aynı olduğunu belirten bir ilke olan Lorentz değişmezliğinin ihlaline işaret ettiğini öne sürüyor. “Bu çılgınca ve devrimci olurdu,” dedi.
Yüzyıllar boyunca bilim insanları, atomlardan daha küçük parçacıkları içeren ‘atom altı’ seviyede neler olduğunu çözmeye çalıştılar.
Maddenin görebildiğimiz ve dokunabildiğimiz temel birimleri olan atomlar, molekülleri oluşturmak için birleşirler (sırayla katıları, gazları ve sıvıları oluştururlar).
Fizikçiler, evrenin bu temel atomaltı seviyede nasıl çalıştığını, 1970’lerin başında geliştirilen ve Standart Model olarak bilinen bir teori ile açıklıyorlar.
Evrendeki her şeyin, güçlü kuvvet, zayıf kuvvet, elektromanyetik kuvvet ve yer çekimi kuvveti olmak üzere dört kuvvet tarafından yönetilen temel parçacıklar adı verilen birkaç temel yapı taşından yapıldığını ileri sürer.
20. yüzyılda, iyi test edilmiş bir fizik teorisi olarak kabul edildi ve çok çeşitli fenomenleri kesin olarak tahmin etti. Ancak model, karanlık maddenin neden yapıldığı ve evrendeki madde ve antimadde dengesizliği dahil olmak üzere modern fizikteki en derin gizemlerden bazılarını açıklayamıyor.
Bu gizemlerden bazılarını çözmeye yardımcı olmak için araştırmacılar, Standart Model’de beklenenden farklı şekillerde davranan parçacıkları araştırıyorlar.
Muon g-2 olarak anılan Fermilab’daki son deneyler, bir manyetik alan içinde seyahat ederken müonların yalpalamasını inceledi.
Müon (mew-on olarak telaffuz edilir), kuzeni elektrona benzer, ancak 200 kat daha büyük kütleli, manyetik ve negatif yüklü bir parçacıktır.
Kozmik ışınlar Dünya atmosferine çarptığında doğal olarak oluşurlar. Daha da önemlisi, müonlar da manyetiktir ve güçlü bir manyetik alan varlığında dönerken sallanırlar.
Müon, tıpkı elektron gibi, bir topacın ekseni gibi sallanmasına veya teknik olarak “devinmesine” neden olan küçük bir iç mıknatısa sahiptir.
Fermilab deneyi -268C gibi inanılmaz soğuk sıcaklıklarda gerçekleştirilen, 15 metre çapındaki simit şeklindeki süper iletken manyetik depolama halkasına müon huzmeleri fırlattı.
Müonlar, zaman içinde nasıl ‘yalpaladıklarını’ ölçmek amacıyla, halkada neredeyse ışık hızında binlerce kez dolaşır.
Müonlar hızla hareket ederken, küçük “dans partnerleri” gibi yalpalamalarını değiştiren diğer atom altı parçacıklarla etkileşime giriyorlar.
Halkayı kaplayan detektörler, bilim insanlarının müonların ne kadar hızlı “devindiğini” belirlemelerine olanak sağladı.
2021’deki sonuçlara benzer şekilde, deneyde ölçülen yalpalama hızı, Standart Modele göre tahmin edilenden önemli ölçüde farklıydı.
Parçacığın dönüşünün bir fonksiyonu olarak müonun ‘manyetik momenti’ – nesnenin bir manyetik alanla hizalanma eğiliminin ölçüsü – g harfiyle temsil edilir ve teoriye göre 2’den biraz daha büyük olmalıdır.
Bununla birlikte, yeni açıklanan ölçümler, manyetik momentin milyonda yaklaşık 0,2 parça daha güçlü olduğunu, küçük ama önemli bir miktar olduğunu buldu.
Yeni çaba, New York’taki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’nda müonun davranışının Standart Model’den farklı olduğunu gösteren ilk 2006 sonuçları olan önceki bir deneyi tekrarlıyor ve geliştiriyor.
Fermilab’daki müteakip ölçümler bu sonucu daha kesin bir şekilde destekledi, ancak hiçbiri yeni sonuçlardan daha fazla değil.
2021’deki sonuçlar da benzer şekilde anormal bir yalpalama gösterdi, ancak yeni sonuçlar veri miktarının dört katına dayanıyordu ve bu da bulgulara olan güveni artırıyordu.
Ekip, müonun sözde “manyetik momentinin” kesin bir ölçümü için üç yıllık verileri daha bir araya getirmek için hala çalışıyor.
Sonuç olarak, bulgular , 2012’de Higgs Boson’un keşfinin önemine rakip olabilecek potansiyel olarak ‘bilinmeyen parçacıklar veya kuvvetler’ gibi bazı gizemli etmenlere işaret etmeye devam ediyor.
Dr Rebecca Chislett, “Bütün bu yeni bilgilerle, sonuç hala önceki sonuçlarla aynı fikirde ve bu çok heyecan verici” dedi.
Sonuçlar, ekibimizin müonun anormal manyetik momentine ilişkin önceki hassas ölçümlerini daha da güçlendirerek, Standart Modeli test etmede ve atom altı dünyayı daha derinlemesine incelemede benzeri görülmemiş bir doğruluğa ulaşıyor.’
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Fizik Yasalarına Uymayan Gizemli Bir Atom Altı Parçacık Keşfedildi
Yeni Malzeme Sentetik ‘Dört Boyutlu’ Dalgalar Kontrol Edilebilir