Müonlar Üzerinde Yeni Kuvvet Araştırması: Standart Modelin Ötesinde Bir Keşif

0

BEĞENDİM

ABONE OL

News

0

Müonlar Üzerinde Yeni Kuvvet Araştırması

Son dönemde yapılan araştırmalar, müon adı verilen atom altı parçacıkların, mevcut atom altı fizik teorisinin öngördüğü biçimde hareket etmediğini gösteren yeni kanıtların elde edildiğini ortaya koydu. Bilim insanları, müonların üzerinde bilinmeyen bir kuvvetin etkili olabileceğine dair işaretler buluyor. Bu bulguların doğrulanabilmesi için daha fazla veriye ihtiyaç duyulmakla birlikte, eğer bu veriler doğrulanırsa, fizik dünyasında önemli bir devrimin kapısını aralayabilir.

Günlük yaşamımızda sürekli deneyimlediğimiz tüm kuvvetler şimdilik dört ana kategoriye indirgenebilir: yerçekimi, elektromanyetizm, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet. Bu dört temel kuvvet, evrendeki bütün nesnelerin ve parçacıkların birbirleriyle etkileşimini belirleyen temel unsurlardır.

Yeni bulgular, Fermilab adlı ABD merkezli bir parçacık hızlandırıcı tesisinde elde edildi. Bu bulgular, Fermilab ekibinin 2021 yılında öne sürdüğü beşinci bir doğa kuvveti olasılığının üzerine inşa edildi. Fermilab’da kıdemli bir bilim insanı olan Dr. Brendan Casey, araştırma ekibinin o tarihten bu yana daha fazla veri topladığını ve ölçümlerinin belirsizliğini önemli ölçüde azalttığını ifade ediyor. “Gerçekten yeni bir bölgeyi araştırıyoruz. (Ölçümleri) daha önce hiç görülmediği kadar iyi bir hassasiyetle yapıyoruz” diyor.

‘g eksi iki (g-2)’ adıyla bilinen deneyde araştırmacılar, müonları 15 metre çapındaki bir halkanın etrafında hızlandırarak neredeyse ışık hızında yaklaşık bin kez dolaştırıyor. Elde ettikleri veriler, müonların yeni bir doğa gücünün etkisi altında, Standart Model olarak adlandırılan mevcut teorinin öngörülerine uymayan bir davranış sergileyebileceğini gösteriyor. Ancak, bu veriler oldukça güçlü olsa da, Fermilab ekibi henüz kesin bir kanıt elde etmiş değil. Araştırmacılar, teorik fizik alanındaki gelişmeler nedeniyle standart modelin müonlardaki yalpalama miktarına dair belirsizliklerin arttığını belirtiyor. Bu durum, deneysel fizikçiler için hedef kriterlerin değişmesine yol açtı.

Dr. Casey, araştırma ekibinin ihtiyaç duyduğu verilere ulaşacaklarına ve teorik belirsizliğin iki yıl içinde hedeflerine ulaşmalarına yetecek kadar azalacağına inandıklarını belirtiyor. Avrupa’daki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) bünyesindeki bir rakip ekip de bu hedefe daha önce ulaşmayı umuyor. Imperial College London’dan Dr. Mitesh Patel, LHC’de Standart Model’deki eksiklikleri bulmaya çalışan binlerce fizikçiden biri. BBC News’a verdiği demeçte, standart modelle çelişen deneysel sonuçları ilk bulan kişilerin, fizikte tarihin en büyük buluşlarından birine imza atacağını ifade ediyor. “Standart Model’in öngörüleriyle uyuşmayan davranışları ölçmek, parçacık fiziği açısından beklenen bir hedeftir. Model, 50 yılı aşkın bir süredir tüm deneysel testlere dayandığı için anlayışımızda bir devrimin başlangıcını ateşleyecek.”

Fermilab, bir sonraki sonuçlarının teori ve deney arasındaki yeni parçacıkları veya kuvvetleri ortaya çıkarabilecek “nihai veriler” olacağını duyurdu.

Standart Model Nedir?

Peki, Standart Model nedir ve onun öngörülerine tam olarak uymayan deneysel bir sonuç elde etmek neden bu kadar önemli? Etrafımızdaki her şey atomlardan oluşur; atomlar ise daha küçük parçacıklardan meydana gelir. Bu parçacıklar, doğanın dört kuvvetini oluşturacak şekilde etkileşime girer: elektrik ve manyetizma (elektromanyetizm), iki nükleer kuvvet ve yerçekimi (kütleçekim). 50 yıl boyunca bu etkileşimlerin hareket biçimi, standart model tarafından hatasız bir şekilde öngörülmüştür.

Müonlar, atomların yörüngesinde dönen ve elektrik akımlarını yönlendiren elektronlara benzerler, ancak yaklaşık 200 kat daha büyüktürler. Deneyde, süper iletken mıknatıslar kullanılarak güçlü bir deney ortamı sağlandı. Sonuçlar, müonların standart modelin öngördüğünden daha hızlı yalpaladığını ortaya koydu. Projenin önde gelen araştırmacılarından Liverpool Üniversitesi’nden Profesör Graziano Venanzoni, bu durumun bilinmeyen yeni bir kuvvetten kaynaklanabileceğini belirtiyor. “Şu anda farkında olmadığımız başka bir güç olabileceğini düşünüyoruz. Bu, ‘beşinci kuvvet’ olarak adlandırdığımız farklı bir şey. Bu farklı, henüz bilmediğimiz bir şey, ama önemli olmalı, çünkü Evren hakkında yeni bir şey söylüyor.”

Eğer bu bulgular doğrulanırsa, bu durum Einstein’ın izafiyet kuramından bu yana geçen yüz yılın en büyük bilimsel atılımlarından biri olacak. Çünkü beşinci bir kuvvet ve bununla ilişkili herhangi bir parçacık, mevcut Standart Model’in bir parçası değil. Araştırmacılar, “Standart Model’in ötesinde fizik” olarak tanımladıkları bir alanın var olduğuna inanıyorlar, zira mevcut teori, astronomların uzayda gözlemlediği birçok olayı açıklamakta yetersiz kalıyor. Bu olgular arasında, galaksilerin, evreni yaratan Büyük Patlama’dan sonra genişlemenin yavaşlaması yerine sürekli olarak birbirlerinden ayrılmaya devam etmesi de bulunuyor. Bilim insanları, bu hızlanmanın karanlık enerji adı verilen bilinmeyen bir güç tarafından yönlendirildiğini öne sürüyor. Ayrıca, galaksiler, içlerindeki madde miktarına göre, olması gerekenden daha hızlı dönme eğilimindeler. Araştırmacılar, bu durumun karanlık madde adı verilen ve yine Standart Model’in bir parçası olmayan görünmez parçacıklardan kaynaklandığını düşünüyorlar.

Araştırmanın sonuçları Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.