Müonun Sallanmasının 20 Yıllık Gizemi Sonunda Çözülebilir

Biraz hayal kırıcı bir haber olarak, bu ölçüm Standart Model ile büyük ölçüde uyumlu, yani bazılarının umduğu gibi egzotik yeni fiziksel özellikler barındırmıyor.

Müon, elektrona benzer, ancak kütlesi yaklaşık 207 kat daha fazladır. Müonların manyetik alanda hareket etme şekli teorik olarak çok öngörülebilir olmalı ve bu, jiro manyetik oranı veya g olarak özetlenebilir.

Basit bir dünyada, g'nin değeri güzel ve düzgün bir 2 olmalı, ancak elbette bu çok kolay olurdu. Müonun manyetik dansı bir tür anomali ve pi sayısının 3'ün biraz üzerinde olması gibi, müonun g faktörü de 2'nin biraz üzerinde görünüyordu.

Ne kadar biraz? Fermilab'ın Muon g-2 deneyinden elde edilen yeni sonuçlara göre sadece 0,001165920705. Bu ölçüm, altı yıl boyunca parçacık hızlandırıcı deneylerinde toplanan verileri içermektedir.

Ekip, bu son rakamın milyarda 127 parça hassasiyetinde olduğunu söylüyor. Bu hassasiyet düzeyini anlamak için, araştırmacılar, ABD'nin genişliğini bu derecede ölçerseniz, tek bir kum tanesinin eksik olup olmadığını anlayabileceğinizi söylüyor.

Ancak araştırmanın gerçekten ilgi çekici kısmı, anormal manyetik hareketi açıklamak için yeni kuvvetler veya parçacıklar için bıraktığı alan.

Muon g-2 Teori Girişimi adlı ilgili bir proje, Standart Model'in bu değer için öngördüklerini kontrol etmek amacıyla başlatıldı. Her zamankinden daha geniş bir veri setini içeren en son hesaplamaları 0,00116592033 olarak çıktı. Bu, deneysel yöntemlerle elde edilen değere çok yakın bir sonuçtur ve ilginç, egzotik fiziksel olayların devreye girmesine çok az yer bırakmaktadır.

ABD Enerji Bakanlığı Yüksek Enerji Fiziği Ofisi'nde deney fizikçisi olan Regina Rameika, “Müonun anormal manyetik momenti veya g–2, parçacık fiziğinin Standart Modeli'ni hassas bir şekilde test ettiği için önemlidir” diyor.

"Bu heyecan verici bir sonuç ve bir deneyin kesin bir sonuca ulaşması ve hassas bir ölçümle sonuçlanması harika.”

Bir müon manyetik alan içinde dönerken, kutupları esasen alanla aynı hizada olmalıdır. Ancak durum böyle olmadı; bunun yerine, dengesiz bir topaç gibi çok hafifçe sallanıyor. Ve bu sallanma özellikle aşırıysa, müonun görünmeyen, bilinmeyen parçacıklar tarafından itildiğini anlamına gelebilir.

Vakum asla tamamen boş değildir; kuantum dalgalanmaları sayesinde, sanal parçacık çiftleri sürekli olarak ortaya çıkıp yok olmaktadır. Gerçekliğimize kısa süreliğine giren bu davetsiz misafirler, çeşitli şekillerde yakındaki diğer parçacıkları etkileyebilir.

Nispeten ağır olması nedeniyle, müon sanal parçacıkların etkisine özellikle duyarlıdır. Bu nedenle, müonun beklenen aralığın ötesinde ne kadar sallandığını hassas bir şekilde ölçerek, fizikçiler bu gizemli sanal parçacıkların özelliklerini hesaplayabilir ve Standart Model'in ötesinde yeni bir fizik alanının kapılarını açabilirler. Varsayımsal açıklamalar arasında karanlık fotonlar veya süpersimetri yer alabilir.

Müonun g faktörü, on yıllardır fizikçilerin başını ağrıtan ilginç bir sorun olmuştur. Bir şeylerin ters gittiğine dair ipuçları 2001 yılında, Muon g-2 deneyinin ilk versiyonunun teori ile pratik arasında büyük bir tutarsızlık olduğunu ortaya çıkarmasıyla ortaya çıktı.

On yıllar boyunca yapılan diğer deneyler, giderek daha hassas ölçümler yapılmasına yol açarken, Standart Model'in tahminlerini hesaplama teknikleri de aynı zamanda gelişti. Yine de, uyumsuzluk devam etti.

Muon g-2 deneyinin mevcut versiyonu 2018'de başlatıldı ve 2023'e kadar her yıl yeni bir dizi deney gerçekleştirildi. İlk üç deneyden elde edilen veriler iki grup halinde yayınlandı ve her biri yeni fizik yönünde giderek daha fazla ipucu veriyor gibi görünüyordu.

Bu son ölçüm, son yayın için kullanılan veri setinin üç katından fazlasını içeren altı deneyden elde edilen verileri içeriyor. Bu veriler sadece daha bol değil, aynı zamanda ekipmandaki iyileştirmelerden yararlanarak daha yüksek kalitede.

Fizik ders kitaplarına birkaç bölüm daha eklemek isteyenler için ne yazık ki, bu durumda her şey olması gerektiği gibi görünüyor. Ancak bu, her şeyi bildiğimiz anlamına gelmez – karanlık madde ve hatta yerçekimi henüz Standart Modele uymuyor, bu yüzden hala doldurulması gereken birçok boşluk var.

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.