Başka bir çivi, müonun tabutunu yeni fizik için bir mekan olarak mühürleyebilir. Simülasyonlarda müonun özelliklerinin oldukça hassas hesaplamalarını yapan bir fizikçi ekibi, parçacığın özelliklerinin daha önce inanılandan daha çok Standart Model ile uyumlu olduğunu buldu.
Bu ekibin adı BMW İşbirliği ve araştırma şu anda ön baskı sunucusu arXiv’de barındırılıyor, yani henüz hakemli bir dergide yayınlanmadı. Ekibin önceki bulguları, yayınlanan Doğa 2021’de“zayıflatmak[ed] Deney ve teori arasındaki uzun süredir devam eden tutarsızlık.” Başka bir deyişle, onların çalışmaları, müon hakkındaki anlayışımız söz konusu olduğunda deneysel fiziği teorik öngörülerle daha da uyumlu hale getirdi.
Ekip, yeni makalesinde, önceki çalışmalarından daha ince kafeslerde büyük ölçekli kafes kuantum kromodinamiği (QCD) simülasyonları gerçekleştirerek daha kesin bir hesaplama elde etti. Özünde, ekip QCD’yi bir girdi olarak aldı, uzay-zamana bir ızgara koydu ve simüle etti. Sonuçları, özelliğin ölçümleri için deneysel ortalamadan sadece 0,9 standart sapma uzakta olan müonun anormal bir manyetik momentini öngördü.
Müon ve Standart Model
Müon, elektrondan yaklaşık 207 kat daha büyük kütleli bir temel parçacıktır. Yaklaşık 20 yıldır bilim insanları müonu yeni fiziğin keşfi için potansiyel bir mekan olarak değerlendirdiler. Sorun, parçacığın anormal manyetik momentinin veya g-2’nin ölçümlerinde yatmaktadır. Bu özellik, kuantum mekaniğinin parçacıkların manyetik alan varlığındaki salınımına katkısını tanımlar. Müonun G-2’si, Parçacık fiziğinin standart modelison 50 yıldır fiziğin temelini oluşturan teorilerin bütünüdür.
Gizmodo ile yaptığı bir görüşmede, g-2’yi parçacık çarpışmaları yoluyla ölçen büyük deneylerden farklı olarak, ekibin araştırması “hiçbir deneysel girdiye ihtiyaç duymuyor. Sadece QCD olan temel teorinin etkinleştirilmesi gerekiyor” dedi, San Diego’daki Kaliforniya Üniversitesi’nde teorik parçacık fiziği uzmanı olan çalışmanın ortak yazarı Zoltan Fodor. “Bugün rakamlarımızda gördüğünüz şeyle karşılaşıyorsunuz: sonuç deneysel sonuçla tamamen uyuşuyor.”
Başka bir deyişle, ekibin bulguları, müonun öngörülen anormal manyetik momenti ile Standart Model tarafından öngörülen arasındaki görünen uçurumun, daha önceki bulguların öne sürdüğü kadar büyük olmadığını gösteriyor.
Önemli deneysel sonuçlar yeni fizik kurallarını önerdi
Müonun anormal manyetik momenti ilk olarak 1960’larda CERN’de ölçüldü, ancak ölçüm kesin değildi. 2006’da Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’ndaki E821 deneyi müonun g-2’sinin son ölçümleriStandart Model tahminlerinden iki standart sapmadan daha fazla farklılık gösteren ve bir farka ulaşan üçten fazla standart sapma sonraki hesaplamalar sonucunda.
Zürih Üniversitesi ve Paul Scherrer Enstitüsü’nde teorik fizikçi olan Andreas Crivellin, Gizmodo ile yaptığı bir görüşmede, “Müonun g-2’sini yeni fizikle açıklamak o kadar kolay değil,” dedi. “Bu doğal olarak ortaya çıkan bir şey değil; bunun yerine size önemli bir etki veren bir model bulmak için çalışmanız gerekiyor.”
Fizikçilerin gerçek bir keşfin yapıldığına inandıkları istatistiksel dönüm noktası, Standart Model altında sonucun şans eseri ortaya çıkma olasılığının son derece küçük olduğunu gösteren beş standart sapma veya “beş sigma”dır.
2021’de Muon g-2 İşbirliği, Standart Model ile 4,2 standart sapma uyuşmayan bir müon manyetik momenti ölçümü duyurdu. Brookhaven sonucundan bu yana rakamlar arasındaki uçurum büyüdü. Ancak geçen yıl, CMD-3’ten deneysel sonuçlarRusya’daki bir hızlandırıcı olan , rakamlar arasındaki farkı küçültmüş gibi görünüyor. İki adım ileri, bir adım geri, nasıl baktığınıza bağlı.
Crivellin, “Kafes ve CMD-3 ölçümünden elde edilen bu birinci prensip hesaplaması hem uyuşuyor hem de ikisi de yeni fiziğe işaret etmiyor,” dedi. “Müonun g-2’sinde gerçekten önemli bir yeni fizik etkisi olacağı konusunda çok umutlu değilim.”
Peki bu bizi nereye götürüyor?
Müonun özelliklerini keşfetmenin başka yolları da var. 2022’de Gizmodo, birkaç fizikçiye, 2012’de Higgs Bozonu’nun gözlemlenmesinden bu yana nispeten sessiz geçen zaman göz önüne alındığında, parçacık fiziğindeki bir sonraki büyük atılımın ne olabileceğini sordu. Bir fizikçi bir müon çarpıştırıcısı önerdi – “müonlarla ilgili bir sorunumuz varsa, bunu bulmak için müonları kullanalım” dediler.
Geçtiğimiz hafta farklı bir araştırmacı ekibi yayınlanan Gelecekte müon çarpıştırıcılarının önünü açabilecek bir müon ışını deneyinin analizi. Ancak yeni bir çarpıştırıcı inşa etmek pahalı ve zaman alıcı olabilir.
Mevcut deneylerle, daha fazla veri her zaman faydalıdır ve önceki sonuçları daha kesin yollarla tekrar test etmek, Standart Modelin geçerliliğini koruyup korumadığını gösterebilir. Fermilab’ın Muon g-2 deneyinin, son sonuç gelecek yıl. Önceki sonuçlar bir gösterge ise, gelecek yılki rakam müonun destanında başka bir veri noktası olacak, son bölümü değil.