Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü'nde (CERN) söz konusu deneyi yürüten bilim insanları, beşinci temel doğa kuvvetinin varlığını gösterebilecek atom altı parçacıkların Standart Modeli ihlal ettiğine dair kanıtlar bildirdi.
Şimdiye kadar ki atom altı dünyamız..
Fizikçiler madde etkileşimlerini dört temel kuvvette sınıflandırırlar: Yerçekimi, elektromanyetik ve güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler.
Atomaltı seviyede, son üçü, gösterge bozonları adı verilen parçacıkların değiş tokuşu yoluyla ortaya çıkar.
Işık parçacıkları olan fotonlar, ayar bozonlarına örnektir; onlar elektromanyetik kuvvetin taşıyıcılarıdır. Kuarklar güçlü bir nükleer süreç sırasında gluon alışverişi yaparlar ve kuarklar, elektronlar ve diğer parçacıklar elektrozayıf etkileşimlerde W + , W - ve Z 0 değiş tokuş eder .
Yaygın olarak parçacık hızlandırıcılarda ve kozmik ışınlarda gözlemlenen bu etkileşimler, Higgs bozonu keşfi ile 2012 yılında başarıyla tamamlanan Standart Model tarafından tahmin edilmektedir.
Bununla birlikte, parçacık fizikçileri Standart Modelin hikayenin tamamı olmadığını kabul eder: Maddenin antimadde üzerindeki baskınlığını, nötrino salınımlarını ve diğer gizemlerin yanı sıra Evrendeki karanlık maddenin görünürdeki varlığını açıklamaz.
22 Mart'ta, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı- CERN bilim insanları , arxiv.org'da Standart Modeldeki bir çatlağın kanıtını bildiren bir makale yayınladılar. Bu gözlem daha sonraki çalışmalarda pekişirse, bu onların Standart Modelin ötesinde fiziği buldukları anlamına gelir, bu da beşinci bir doğa kuvvetinin varlığını ima edebilir.
İlk etapta CERN'deki bilim insanları hangi soruyu cevaplamaya çalışıyorlardı?
Bilim insanları, Standart Modelin tahminlerini düzenli olarak test ediyor. Leptonların evrensellik ilkesinin geçerli olup olmadığını kontrol ederek 2012'den beri veri topladılar ve analiz ettiler.
Leptonlar, elektronlarla aynı özelliklere sahip ancak farklı kütlelere sahip atom altı parçacıklardır. Müonlar elektronlardan 200 kat daha büyüktür ve tauonlar elektronlardan yaklaşık 3500 kat daha büyüktür.
Lepton'un evrensellik ilkesi, elektronların, müonların ve tauonların birbirleriyle ve aynı olasılıkla diğer parçacıklarla etkileşime girdiğini belirler.
Önceki çalışmalar, bu Standart Model tahmininde olası çatlakları önermektedir. Şimdi, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı-CERN işbirliği, leptonların evrensellik ilkesinin ihlal edildiğine dair ilk kez istatistiksel önemi olan kanıtlara sahip.
Fizikçiler, lepton'un evrensellik ilkesinin ihlalini nasıl gözlemlediler?
Bilim insanları, ışık hızına yakın proton jetlerini hızlandırarak ve onları birbirine çarparak, büyük patlamadan sonraki Evren anlarının koşullarını (saniyenin milyarda biri) yeniden yaratıyorlar. O anda Evren, hızla hadron adı verilen parçacıklara yoğunlaşan kuark ve gluon "çorbası" idi. Hadron örnekleri, atom çekirdeğindeki üç kuark içeren protonlar ve nötronlardır.
2012'den beri, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndan fizikçiler, güzellik mezonları adı verilen bu çarpışmaların belirli bir ürününün reaksiyonları hakkında veri topluyor ve analiz ediyor. Mezonlar, iki kuark içeren hadronlardır.
Güzellik mezonları kararsızdır; diğer mezonlara ve leptonlara hızla bozunurlar. Bilim insanları, elektron üreten güzellik mezonlarının bozunma oranını, müon üreten bozunma hızı ile karşılaştırdılar.
Leptonların evrensellik ilkesine göre, bu reaksiyon aynı hızda gerçekleşmelidir. Bununla birlikte, yazarlar % 15'lik bir sapma kanıtı buldular.
Teorik açıdan bakıldığında, bu parametrenin çok küçük bir belirsizliği var. Teorik tahminden biraz uzaklaşırsak, bu etkileşimde Standart Modelin ötesinde bir şey olduğuna dair reddedilemez bir işaret olur.
Ve evrensellik ilkesinin ihlalini beşinci bir kuvvetle ne yapmak zorunda?
Şimdiye kadar biriken kanıtlar, lepton'un evrensellik ilkesinin ihlalini bir keşif olarak ilan etmek için yeterli değildir; daha fazla veri ve analize ihtiyaç vardır. Bununla birlikte, Standart Modelin bu ihlali doğrulanırsa, bu, güzellik bozulma sürecine bilinmeyen fiziğin dahil olduğu anlamına gelir.
Profesör Diego Milanes araştırmayla ilgili şunları söyledi:
"Şu anda Standart Modelin bu stresini açıklayabilecek birçok model ortaya çıkacaktır. Bununla birlikte, aynı modellerin, nötrinoların kütlesi ve gelecekteki ölçümlerde ortaya çıkabilecek diğer tüm ihlaller gibi Standart Model dışındaki sonuçlarla diğer tüm ölçümleri açıklaması gerekecektir. "
ATLAS işbirliği üyesi Profesör José Ocariz bu konuda temkinli:
“Şahsen, en azından şimdilik bu ölçümle heyecanımı hafifletmeyi tercih ediyorum. Bu çok "temiz" bir ölçümdür, ancak bağımsız bir onay gereklidir."
Evrenin sırlarını açığa çıkarmak için atılan her büyük ya da küçük adım her zaman heyecan vericidir. Profesör Diego Milanes'in bu sonuçlarla ilgili coşkusunu takiben: Eğer bu bulgu pekişirse, "hiç şüphesiz Higgs Bozonu kadar önemli bir keşif" olurdu.
Kaynaklar:
https://www.ua-magazine.com/
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı-güzellik işbirliği. (2021). Güzellik-kuark bozunmalarında lepton evrenselliği testi, arXiv: 2103.1176 .
Jäger, S. ve Martin, J. (2016). Büyük geri tepme bölgesinde B + → K + + l + + l - bozunumlarının keşif potansiyelini yeniden değerlendirme : SM zorlukları ve BSM fırsatları, Fiziksel İnceleme D93: 014028. arXiv: 1412.3183 .
Martin, BR ve Shaw, G. (2017). Parçacık Fiziği (4. baskı). Wiley.