Standart fizik Modeli, bilim insanlarının evrenin nasıl çalıştığı hakkında inanılmaz derecede doğru tahminler yapmalarına katkı sağlar, ancak her şeyi açıklamaz.
Başarılı model, evrenin nasıl çalıştığı hakkında öğrenilecek biraz daha fazla şey olduğunu gösteren kavramsal boşluklara sahiptir.
2021'de dünyanın dört bir yanındaki fizikçiler Standart Modeli araştıran bir dizi deney yaptılar. Ekipler, modelin temel parametrelerini her zamankinden daha hassas bir şekilde ölçtüler ve en iyi deneysel ölçümlerin Standart Model tarafından yapılan tahminlerle tam olarak uyuşmadığı konusunda araştırma yaptılar. Ve son olarak, gruplar modelin sınırlarını zorlamak ve potansiyel olarak yeni parçacıklar ve alanlar keşfetmek için tasarlanmış daha güçlü teknolojiler oluşturdular. Bu çabalar sonuç verirse, gelecekte daha eksiksiz bir “Evren Teorisi” oluşturulabilir.
1897'de J. J. Thomson, ilk temel parçacık olan elektronu cam vakum tüpleri ve tellerden başka bir şey kullanmadan keşfetti. 100 Yıldan uzun bir süre sonra, fizikçiler hala Standart Modelin yeni parçalarını keşfediyorlar. Standart Model, maddenin temel parçacıklarının ne olduğunu açıklar.
Standart Model, evrenin nasıl çalıştığının birçok yönünü tahmin etmede inanılmaz derecede iyidir, ancak bazı eksikleri vardır.
Özellikle, yerçekiminin herhangi bir tanımını içermez. Einstein'ın Genel Görelilik teorisi yerçekiminin nasıl çalıştığını açıklarken, fizikçiler henüz yerçekimi kuvvetini ileten bir parçacık keşfetmediler. Uygun bir "Her Şeyin Teorisi", Standart Modelin yapabileceği her şeyi yapabilir, aynı zamanda yerçekiminin diğer parçacıklarla nasıl etkileşime girdiğini de açıklayabilir.
Ayrıca neden madde miktarının antimadde miktarından fazla olduğunun açıklanabilmesi için de standart modelin genişletilmesi gerekebilir. Çünkü bilinen hiçbir mekanizma ile bu durumun nedenleri en azından şimdilik açıklanamıyor. Benzer bir durum karanlık madde problemi için de söz konusu. Karanlık maddenin kaynağı, henüz bilinmeyen ve standart modelde yer almayan parçacıklar olabilir.
Standart Modelin yapamayacağı bir diğer şey, herhangi bir parçacığın neden belirli bir kütleye sahip olduğunu açıklamaktır. Fizikçiler parçacıkların kütlesini doğrudan deneyleri kullanarak ölçmelidir. Ancak deneyler fizikçilere bu kesin kütleleri verdikten sonra tahminler için kullanılabilirler.
Son zamanlarda, Cern'deki fizikçiler, Higgs bozonunun kütlesini her zamankinden daha hassas bir şekilde ölçtü. Ve son olarak, nötrino kütlesinin ölçülmesinde de ilerleme kaydedildi. Fizikçiler nötrinoların sıfırdan fazla kütleye sahip olduğunu, ancak şu anda tespit edilebilen miktardan daha az olduğunu biliyorlar. Almanya'daki bir ekip, nötrino kütlesini doğrudan ölçmelerine izin verebilecek teknikleri geliştirmeye devam ediyor.
Muon g-2 deneyi gibi projeler, deneysel ölçümler ile fiziğin bir yerinde sorunlara işaret eden Standart Modelin tahminleri arasındaki tutarsızlıkları vurgulamaktadır.
Nisan 2021'de Fermilab'daki Müon g-2 deneyinin üyeleri, müonun manyetik momentinin ilk ölçümünü açıkladılar. Müon, Standart Modeldeki temel parçacıklardan biridir ve özelliklerinden birinin bu ölçümün bugüne kadarki en doğru ölçüm olmasıdır. Bu deneyin önemli olmasının nedeni, ölçümün manyetik momentin Standart Model tahminine tam olarak uymamasıydı. Temel olarak, müonlar olması gerektiği gibi davranmazlar. Bu bulgu, müonlarla etkileşime giren keşfedilmemiş parçacıklara işaret edebilir.
Fakat aynı anda, Nisan 2021'de fizikçi Zoltan Fodor ve meslektaşları, müonun manyetik momentini tam olarak hesaplamak için Kafes QCD adı verilen matematiksel bir yöntemi nasıl kullandıklarını açıkladılar. Teorik tahminleri eski tahminlerden farklıdır, hala Standart modelde çalışır ve en önemlisi müonun deneysel ölçümleriyle eşleşir.
Fizikçiler, teorileri oluşturan gerçeklik hakkındaki akıllara durgunluk veren fikirleri oluşturmak ve teknolojileri yeni deneylerin bu teorileri test edebileceği noktaya ilerletmek konusunda kararlılar.
İlk olarak, dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısı olan Cern'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ve bazı önemli yükseltmelerden geçti. Fizikçiler tesisi Ekim ayında yeniden başlattılar ve bir sonraki veri toplama çalışmasına Mayıs 2022'de başlamayı planlıyorlar. Yükseltmeler, çarpıştırıcının gücünü artırdı, böylece önceki 13 TeV sınırından yukarı olan 14 tev'de çarpışmalar üretebildi. Bu, dairesel hızlandırıcı etrafındaki ışınlar içinde birlikte hareket eden minik proton gruplarının, saatte 100 mil (160 km / s) hızla hareket eden 800.000 kiloluk (360,000 kilogram) bir yolcu treni ile aynı miktarda enerji taşıdığı anlamına gelir. Bu inanılmaz enerjilerde, fizikçiler daha düşük enerjilerde göremeyecek kadar ağır olan yeni parçacıklar keşfedebilirler.
Karanlık madde arayışına yardımcı olmak için başka teknolojik gelişmeler de yapıldı. Birçok astrofizikçi, şu anda Standart Modele uymayan karanlık madde parçacıklarının, yerçekiminin yıldızların etrafında nasıl büküldüğü (yerçekimi merceklenmesi olarak adlandırılır) ve yıldızların dönme hızı ile ilgili bazı göze çarpan sorulara cevap verebileceğine inanmaktadır. Kriyojenik Karanlık Madde Araştırması gibi projeler henüz karanlık madde parçacıklarını bulamadı, ancak ekipler yakın gelecekte konuşlandırılacak daha büyük ve daha hassas dedektörler geliştiriyorlar.
Standart Modelin evrenin her gizemini açıklayamaması üzerine yapılan yeni ölçümler ve geliştirilen teknolojiler, fizikçilerin Her Şeyin Teorisini arayışında ilerlemelerine yardımcı olacak.
Kaynak:
Aaron McGowan tarafından yazıldı, Fizik ve Astronomi Baş Öğretim Görevlisi, Rochester Teknoloji Enstitüsü.
Bu makale ilk olarak The Conversation'da yayınlandı.
https://scitechdaily.com/2021-a-year-physicists-asked-what-lies-beyond-the-standard-model/