Bilim insanları, doğanın beşinci gücünü bulmaya artık hiç olmadığı kadar yakın!
Müonlar aşkına!
Bilim insanlarından oluşan uluslararası bir ekip, insanlığın evreni kavrayışı üzerinde derin etkisi olabilecek bir deneyde yeni sonuçlar elde etti. Buna göre araştırmacılar, beşinci bir doğa gücünün, yeni bir atomaltı parçacığın ya da parçacık fiziğinin Standart Modelindeki bir kusurun varlığını ortaya çıkarmış olabilir.
Evrendeki her madde parçasının, kuarklar ve leptonlar olarak bilinen iki aileye ayrılan birkaç farklı atom altı parçacıktan oluştuğu düşünülüyor. Vücudunuzdaki hücrelerden, Ay'a ve ötesine kadar her şeyi oluşturan bu yapı taşlarından oluşan parçacıkların, hareket ve özelliklerinin dört temel kuvvet tarafından yönetildiği inancı hakim.
Parçacık fiziğinin Standart Modeli bu kuvvetlerden üçünün - elektromanyetizma, zayıf nükleer kuvvet ve güçlü nükleer kuvvet - davranışını açıklamakta. Bu arada, bir şekilde kuvvetlerin en zayıfı olan ve yine de yakından tanıdığımız yerçekimi, standart modelin dışında yer alıyor. Çünkü henüz hiç kimse davranışını modelde açıklanan kuvvetlerin davranışlarıyla uzlaştırmanın bir yolunu bulamadı.
2021 yılında ABD Enerji Bakanlığı'nın Fermi Ulusal Laboratuvarı'ndan bilim insanları, parçacıkların Standart Model'de yapılan tahminlere meydan okuyan bir şekilde davrandıklarına dair kanıtlar bulduklarını açıkladılar. Bu da beşinci bir kuvvetin ya da bilim tarafından bilinmeyen bir atom altı parçacığın varlığına işaret ediyordu.
Keşif, elektronun 200 katına eşdeğer bir kütleye sahip olan, ancak saniyenin sadece 2,2 milyonda biri kadar süren, Müon adlı son derece kararsız atom altı parçacıklara odaklandı.
Bu parçacıkların her biri, güçlü bir manyetik alanın varlığında yalpalamasına neden olan bir iç mıknatısa sahip. Yalpalama hızı, "g" harfi kullanılarak tanımlanan "manyetik moment" adı verilen bir özellik ile tanımlanır. Standart Model'de ayrıntılı olarak açıklanan kuvvetler, bir Müon'un g2 değerine kadar yalpalaması gerektiğini belirtir, dolayısıyla Fermi deneyinin adı da budur: Müon g-2.
Bir Müon'un özelliklerini izlemek ve böylece Standart Modeli oluşturan teorileri test etmek için Fermi ekibi, çapı 15 metre gibi şaşırtıcı büyüklükteki devasa bir süper iletken mıknatısın içinden 5000 amperden fazla akım geçirdi. Bu işlem 1,45 Tesla yoğunluğunda - Dünya'nın manyetik alanının 30.000 katına eşdeğer - tekdüze bir manyetik alan yarattı ve bu alana atomaltı parçacıklardan oluşan bir akım fırlatıldı.
BBC'nin haberine göre, ekip 2021'de deneyin ilk yılına ait sonuçları gözlemlediğinde, Müonların Standart Model'in öngördüğünden daha hızlı yalpaladığını keşfetti. Bu durum, Müon üzerinde etkili olan yeni bir kuvvetin ya da Müonu çevreleyen kuantum köpüğünün doğasını değiştiren henüz bilinmeyen bir atomaltı parçacığın varlığına işaret ediyor olabilir.
Şimdi ise Fermi deneyinde çalışan bilim insanları, deneyin ikinci ve üçüncü yıllarına ilişkin bulgularını yayınlayarak ilk sonuçları güçlendirdiler. Son turda, ilk sürümde analiz edilen verilerin dört katına eşdeğer veri dikkate alındı. Bilim insanları ellerindeki bu daha büyük veri setini, sistematik belirsizliklerini önemli ölçüde azaltmak için Müon ışını gibi deneyde yapılan iyileştirmelerle birleştirerek 2021 deneyinden iki kat daha hassas hale getirdi.
Ekip, deneyin son üç yılına ait verileri analiz etmeyi 2025 yılına kadar bitirmeyi umuyor. Bu noktada teorik fizikçiler de Standart Model'e göre Müon'un g-2 değerine ilişkin tahminlerini güncellemiş olacaklar ve "deney ile teori arasında 20 yıldır süren bir hesaplaşma" olarak tanımladıkları şeyi hazırlamış olacaklar.
Görsel: KTSDesign/SCIENCEPHOTOLIBRARY/Getty Images
Anthony Wood, IGN'de serbest yazar. Atakan Diren Türkçeleştirdi.