Gündem

Standart model bozulmuş mu? Fizikçiler müon sonucunu kutladı

0

Muon g-2 halkası, diğer ekipmanların ortasında dedektör salonunda bulunur

Fermilab’daki g – 2 deneyi için kullanılan saklama halkası mıknatısı.Kredi: Reidar Hahn / Fermilab

Müonlar yaramazlık yapmaya devam ediyor. Amerika Birleşik Devletleri’ndeki bir deney, parçacıkların – elektronun büyük, kararsız kuzenleri – araştırmacıların başlangıçta beklediğinden daha manyetik olduğuna dair daha önceki bir bulguyu doğruladı. Sonuçlar tutarsa, nihayetinde teorik fizikte büyük değişiklikleri zorlayabilir ve tamamen yeni temel parçacıkların varlığını ortaya çıkarabilirler.

Müon g – Chicago, Illinois dışındaki Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda (Fermilab) 2 işbirliği, 7 Nisan’da bir web yayınında en son ölçümleri bildirdi ve bunları Fiziksel İnceleme Mektupları1. Lexington’daki Kentucky Üniversitesi’nden fizikçi Susan Gardner, sonuçların diğer parçacıkları keşfetmeyi umanlar için “son derece cesaret verici” olduğunu söylüyor.

Müon g – 2 (‘g eksi 2’ olarak telaffuz edilir) ilk olarak 2001’de müon ile ilgili bir şeylerin ters gittiğini ima etti2Deney New York, Upton’daki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’nda yürütülürken. Fizikçiler, parçacığın küçük bir mıknatıs gibi davranmasını sağlayan bir özellik olan manyetik momentinin gücünü ölçtüler. Parçacık fiziğinin standart modeli, uygun birimlerde, müonun manyetik momentinin 2’ye çok yakın ama eşit olmayan bir sayı olması gerektiğini söyler. Brookhaven deneyi, şu küçük farkı ölçtü: g – 2, ancak teorisyenlerin tahmin ettiğinden biraz daha büyük olduğunu buldu.

Temel parçacıkların manyetik momenti, yalnızca bir saniyeden kısa bir süre sonra ortadan kaybolmak için boşluktan sürekli olarak çıkan, bilinen temel parçacıkların “sanal” versiyonları ile güçlendirilir. Fizikçiler, bilinen tüm parçacıkların katkılarının ayrıntılı ve uzun hesaplamalarını yaparlar, bu nedenle deneysel sonuçlar, g–2, daha önce bilinmeyen parçacık türlerinin boşlukta gizlendiğini düşünüyorlar. Orijinal Muon g – 2 deney, birçok fizikçinin yeni parçacıkların yakında keşfedileceğini ummasını sağladı.

Gizli frekans

Araştırmacılar, Brookhaven sonuçlarını doğrulamak için Fermilab’da müonların 15 metre çapındaki süper iletken halka mıknatıs etrafında daireler çizmesini sağlayan deneyi yeniden inşa ettiler. 2018’de veri toplamaya başladılar ve şimdi operasyonların ilk yılının sonuçlarını sundular.

Veri analizinde önyargılı olmaktan kaçınmak için, işbirliği, hesaplamak için gerekli olan çok önemli bir parametreye körlemişti. g – 2 sabit – enstrümantasyonundaki dijital bir saatin tam frekansı. İşbirliği üyesi olmayan iki Fermilab fizikçisine eksik bilgiler emanet edildi. Sonuç olarak, ekip uzun bir çalışma yürütebildi, ancak başlangıçta bulgularını yalnızca eksenlerin biraz belirsiz ölçekleri olan bir grafik üzerine çizebiliyordu.

Daha sonra, 200’den fazla ekip üyesinin çoğunun katıldığı 25 Şubat’taki bir telekonferansta, deneyin iki yardımcı lideri, gizli saat frekansını içeren bir zarfı açtı. Numarayı bilgisayarlarına taktıklarında, onların gerçek değerini ortaya çıkardı. g – 2 ölçüm. Ekip, sonucun 20 yıldan daha uzun bir süre önce Brookhaven’da kaydedilenle tutarlı olduğu hemen anlaşıldı.

Orijinal Muon’lardan biri olan Massachusetts’teki Boston Üniversitesi’nden Lee Roberts, “Anlaşma mükemmel,” diyor. g – 2 ekip üyesi. “İnsanlar el çırpıyor ve zıplıyordu – Zoom’da yapabildiğiniz kadar.” Seattle’daki Washington Üniversitesi’nde fizikçi olan Brynn MacCoy, “çoğumuzun sesi kesilmiş olsa da” neşeli tepkiler açıktı. Roberts, sonucun orijinal deneyin iddiasını doğruladığını söylüyor.

Diğer fizikçiler aynı fikirde. İsviçre’deki Zürih Üniversitesi’nden teorik fizikçi Gino Isidori, son duyurunun önceki sonuçların ortaya koyduğu bilmeceye “güzel ve net bir cevap” verdiğini söylüyor. “Deney doğruydu.”

Ancak teorik ve deneysel sonuçlar arasındaki uçurum istatistiksel açıdan artmış olsa da, yine de yeni parçacıkların varlığının kesin bir kanıtı değildir. Isidori, “Şüpheci olanlar muhtemelen şüpheci kalacaktır” diyor. “Bu noktada, top teorisyenlerin sahasında” diye ekliyor.

Kuark hesaplamaları

Müonun manyetik momenti için en yaygın kabul gören tahmin, teorik topluluğun geçen yıl bir ‘fikir birliği’ makalesinde yayınladığı bir sayıdır.3. Ancak 7 Nisan’da yayınlanan başka bir çalışma, bu sefer Doğa4, teori ve deney arasındaki uçurumun sanıldığı kadar büyük olmayabileceğini öne sürüyor.

Hesaplanması en zor kısım, protonların ve nötronların temel bileşenleri olan kuarkların katkısıdır, bu nedenle fizikçiler hesaplarını geleneksel olarak çarpıştırıcı deneylerinden elde edilen verilerle tamamlamışlardır.

İçinde Doğa Çalışma, University Park’taki Pennsylvania Eyalet Üniversitesi’nden Zoltan Fodor ve çalışma arkadaşları, kuark katkılarını kafes kuantum kromodinamiği (kafes QCD) adı verilen bir simülasyon tekniğiyle sıfırdan yeniden hesapladılar. Teknik daha önce dahil edilmemişti g – Kafes QCD yüksek hassasiyetli sonuçlar verecek kadar olgun olmadığından 2 tahmin. Fodor ve ekibi hassasiyeti artırmayı başardılar ve g – 2 konsensüs değerinden daha büyük ve deneysel ölçüme çok daha yakın. Urbana-Champaign’deki Illinois Üniversitesi’nde teorik fizikçi olan Aida El-Khadra, diğer kafes QCD ekiplerinin bu hassasiyeti eşleştirmek için çalıştığını, böylece tekniğin fikir birliği değeri için hesaplamalarda kullanılabileceğini söylüyor. “Diğer işbirlikleri de hatalarını azaltmaya çalışıyor, bu da önemli hesaplama kaynakları gerektiriyor” diyor.

Fiziği güncelleme

Müon g – 2 ekibi şimdi daha yeni verilerin bazılarını analiz etmekle ve daha fazlasını toplamakla meşgul. Araştırmacılar nihayetinde ölçümlerinin hassasiyetinin dört kat artmasını bekliyorlar. Uyuşmazlığın gerçek olduğu ortaya çıkarsa, standart modelin yeni parçacıkları içerecek şekilde güncellenmesi gerekecektir. Bir problem, 2001’den beri müonun manyetik momentini şişirmiş olabilecek birçok olası aday parçacığın, çoğunlukla İsviçre’nin Cenevre dışındaki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı tarafından yapılan diğer deneylerde dışlanmış olmasıdır.

Müon’u açıklayabilecek birçok teori g – 2 sonuç kaldı, ancak araştırmacılar bunları uydurma olarak görüyor. Almanya’daki Dresden Teknoloji Üniversitesi’nden Muon’un bir üyesi olan teorik fizikçi Dominik Stöckinger, “Bana göre, diğerlerinden çok daha zarif veya zorlayıcı olarak öne çıkan tek bir açıklama yok” diyor. g – 2.

İlk olarak 1970’lerde bir araya getirildiğinden beri, standart model tüm testleri geçti ve neredeyse hiç değişmeden hayatta kaldı. Ancak fizikçiler bunun eksik olması gerektiğini biliyorlar ve bazıları müonların ilk başarısızlığını ortaya çıkaracağını umuyor. Roberts, “Standart modelle bir farkı doğrularsak, insanların 50 yıldır aradıkları şey bu” diyor.

Profesör

Problem çözmede çıkarma yerine toplama tercih edilir

Previous article

İki sinirbilimci, öğrencilerin refahını iyileştirmek için nasıl bir farkındalık sınıfı oluşturdu?

Next article

You may also like

Comments

Comments are closed.

More in Gündem