Bir elektronun kütlesinin yaklaşık 200 katı, saniyenin yaklaşık 2 milyonda biri kadar bir süre boyunca var olan, sürekli olarak Dünya yüzeyinin her santimine çarpan ve uzun zamandır kabul edilen fizik yasalarında bir delik açacak şekilde davranan şey nedir?
Bu, ilk olarak 1930'ların sonlarında keşfedilen ve kozmik ışınların gezegenimizin atmosferindeki parçacıklara çarpmasıyla doğada oluşan bir parçacık olan müon olurdu . Müonlar sizin ve etrafınızdaki her şeyin içinden ışık hızına yakın bir hızla geçiyor. Bununla birlikte, çoğumuz muhtemelen, parçacık ABD hükümetinin Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı (daha yaygın olarak Fermilab olarak bilinir) araştırmacılarının üç yıllık bir çalışmanın ilk sonuçlarını yayınladıktan sonra haber manşetlerine çıkan Nisan 2021'e kadar onların varlığının farkında bile değildik. -uzun Muon g-2 deneyi .
Fermilab çalışması, müonun , gerçekliğin en küçük düzeyde nasıl çalıştığını tanımlamayı amaçlayan teorik çerçeve olan Parçacık Fiziğinin Standart Modeline aykırı bir şekilde davrandığına dair önceki bulguları doğruladı . Science'daki bu makalenin açıkladığı gibi, diğer küçük parçacıklar ve onları etkileyen karşı parçacıklardan oluşan bir denizde bulunan müonlar, aslında Standart Model'in öngördüğünden biraz daha manyetiktir. Bu da, hala bilinmeyen diğer parçacıkların veya kuvvetlerin olası varlığına işaret ediyor.
Araştırmacılardan biri olan fizikçi Jason Bono, mezun olduğu Florida Uluslararası Üniversitesi'nden bir haber bülteninde açıkladığı gibi , ekip, müonların manyetizmasındaki tutarsızlığı doğrularlarsa, "buna tam olarak neyin sebep olduğunu bilemeyiz, ancak biz henüz anlamadığımız bir şey olduğunu bilirdi."
İlk sonuçlar, diğer yeni parçacık araştırmalarıyla birlikte , Standart Modelin yerini alacak yeni bir fizik için durumun oluşturulmasına yardımcı olabilir. Fermilab'dan, sonuçları ve bunların önemini açıklayan bir YouTube videosu:
Mark B. Wise bir e-posta röportajında "Müonlar elektronlar gibidir, ancak 200 kat daha ağırdır" diye açıklıyor . California Teknoloji Enstitüsü'nde yüksek enerji fiziği profesörü ve prestijli Ulusal Bilimler Akademisi'nin bir üyesidir . (Bu sizi yeterince etkilemiyorsa , 2010 Hollywood filmi "Iron Man 2" için parçacık hızlandırıcılar konusunda teknik danışman olarak da görev yaptı ).
Wise, "Einstein'ın E=mc2 formülüne göre, bu, hareketsiz haldeki müonların elektronlardan daha fazla enerjiye sahip olduğu anlamına gelir" diyor. "Bu, genel olarak enerjiyi korurken daha hafif parçacıklara bozunmalarına izin veriyor."
Diğer bir önemli fark, elektronların ölümsüze oldukça yakın olduğuna inanılmasıdır , ancak parçacık üzerindeki bu ABD Enerji Bakanlığı primerine göre, müonlar bir elektrona ve iki tür nötrinoya bozunmadan önce sadece saniyenin 2,2 milyonda biri kadar var olurlar .
Kozmik ışınlar Dünya'nın atmosferindeki parçacıklara çarptığında sürekli olarak oluşan müonlar, ışık hızına yakın bir hızla hareket ederek kısa varoluşlarında şaşırtıcı mesafeler katederler. DOE'ye göre, Dünya yüzeyinin her santimine çarparlar ve hemen yollarındaki hemen hemen her şeyden geçerek, potansiyel olarak Dünya yüzeyine bir mil veya daha fazla nüfuz ederler.
Bazıları müonları tüm atom altı parçacıkları anlamanın anahtarı olarak tanımladı, ancak Wise o kadar ileri gitmedi. "Şu anki anlayışımızın ötesindeki fizik arayışında, tüm parçacıkları incelemelisiniz" diyor. "Yine de müonun bazı avantajları var. Örneğin, anormal manyetik momenti çok kesin bir şekilde tahmin ediliyor, bu da onu yeni fiziğe karşı daha duyarlı hale getiriyor, bu öngörüyü değiştirecek mevcut teorimizin ötesinde. Aynı zamanda çok hassas bir şekilde ölçülebilir."
Yine de müonları incelemek basit bir mesele değil. Fermilab, birkaç yıl içinde New York'taki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'ndaki orijinal evinden mavna ve kamyonla Illinois'e gönderilen , her biri 15 metre çapında olan üç halka içeren 700 tonluk (635 metrik ton) bir cihaz kullanıyor. geri. Cihaz, Dünya'nın manyetik alanının yaklaşık 30.000 katı olan 1.45 Tesla'lık bir manyetik alan üretebilir.
Wise, "Bu kadar küçük ve kısa ömürlü bir şeyi incelemek için bu devasa ekipman parçalarına ihtiyaç duymaları büyüleyici," diye açıklıyor. "Yüksek enerjide üretildiklerinde, neredeyse ışık hızında hareket ederler ve bozulmadan önce oldukça uzun bir mesafe kat edebilirler. Bu yüzden bıraktıkları kanıtı bir dedektörde arayabilirsiniz."
Örneğin müonlar yüklü parçacıklar oldukları için içinden geçtikleri maddeyi iyonize edebilirler. Wise'a göre bu iyonizasyon tarafından üretilen elektronlar tespit edilebilir.
Wise, Fermilab ekibinin, parçacığın fizikçilerin beklediğinden biraz daha manyetik olduğunu keşfetmesinin önemli olduğunu söylüyor. "Müon manyetik momenti için mevcut teorilerin tahmini ile çelişiyor (mevcut teori genellikle Standart Model olarak adlandırılır). Dolayısıyla, mevcut teorimizde bunun ötesinde bazı yeni fizik var ve bu miktar için tahminleri değiştiriyor" Wise diyor
Birçok önemli keşif gibi, Fermilab'ın bulgusu da yeni soruları gündeme getiriyor ve bilim adamlarının müon hakkında hala bilmek istedikleri çok şey var.
Wise, "Yeni fizik nedir, ortaya çıkardığı sorudur" diyor. "Ayrıca müonları içeren [Standart Model]'de açıklanmayan başka anomaliler de var. Hepsi bir şekilde bağlantılı mı?"
Wise ayrıca Fermilab bulguları hakkında bir uyarı notu da veriyor. "Deneyde anlaşılmayan ve ölçümün yorumlanmasını etkileyen bazı sistematik etkiler olabilir" diye açıklıyor. "Teori için de aynı şekilde. Dolayısıyla bu anormallik nihayetinde ortadan kalkabilir. Bu tür şeyleri mümkün olduğunca kontrol etmek çok önemlidir."
Şimdi Bu İlginç
Fermilab fizikçisi Chris Polly'nin bu 2020 makalesinde belirttiği gibi, evrendeki her parçacık - en derin, en boş görünen uzay alanlarında bile - sürekli olarak "varoluş içinde ve dışında yanıp sönen" diğer parçacıkların bir "çevresi" ile çevrilidir. "
