Parçacık Fiziğinde Standart Modelin Sonu mu Geliyor?

Parçacık Fiziğinde Standart Modelin Sonu mu Geliyor?
LHCb Experiment at CERN. Credit: CERN

Cern’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) çalışan bir fizikçi olarak, bana en sık sorulan sorulardan biri “Ne zaman bir şey bulacaksın? Nobel Ödülü’nü kazanan Higgs bozonu ve bir sürü yeni bileşik parçacık dışında “ alaycı bir şekilde cevap verme cazibesine direnmek mi?”.  Evet bu tip sorular sıklıkla yazarımıza sorulduğu gibi, çeşitli zamanlarda Cern’de ya da diğer çarpıştırıcı ünitelerinde çalışan fizikçilere de sorulan soruların başında gelmektedir.

Sorunun bu kadar sık sorulmasının nedenini parçacık fiziğindeki ilerlemeyi sosyal çevreye nasıl tasvir ettiğimize bağlı olduğunu yazarımız düşünmekte.

Yeni parçacıkların keşfi açısından ilerleme hakkında sık sık konuşulmaktadır. Yeni, çok ağır bir parçacığı incelemek, altta yatan fiziksel süreçleri görmemize yardımcı olur.

Bununla birlikte, son zamanlarda standart parçacıklar üzerinde yapılan ölçümler fiziği derinden etkilemektedir.

Ve LHC her zamankinden daha yüksek enerji ve yoğunlukta çalışmaya hazırlanırken, etkilerini geniş çapta tartışmaya başlama zamanı de geldi gibi gözüküyor.

Gerçekte, parçacık fiziği her zaman iki yoldan ilerlemiştir, bunlardan biri yeni parçacıklardır. Diğeri, teorilerin tahminlerini test eden ve beklenenden sapmaları arayan çok kesin ölçümler yapmaktır.

Örneğin Einstein’ın genel görelilik kuramının ilk kanıtları, yıldızların görünen konumlarındaki küçük sapmaların keşfedilmesinden ve Merkür’ün yörüngesindeki hareketinden kaynaklanıyordu.

Parçacıklar, kuantum mekaniği adı verilen karşı sezgisel ama son derece başarılı bir teoriye uyarlar.

Bu teori, doğrudan bir laboratuvar çarpışmasında yaratılamayacak kadar büyük parçacıkların, diğer parçacıkların yaptıklarını (“kuantum dalgalanmaları” olarak bilinen bir süreç aracılığıyla) hala etkileyebileceğini göstermektedir.

Bununla birlikte, bu tür etkilerin ölçümleri çok karmaşıktır ve halka açıklanması çok daha zordur.

Ancak, standart modelin ötesinde açıklanamayan yeni fiziğe işaret eden son sonuçlar bu ikinci tiptedir.

LHCb deneyinden elde edilen ayrıntılı çalışmalar, güzellik kuarkı (kuarklar atom çekirdeğindeki protonları ve nötronları oluşturur) olarak bilinen bir parçacığın bir müondan çok daha sık elektrona bozunduğunu keşfetti.

Standart modele göre, bu olmamalı – yeni parçacıkların ve hatta doğa kuvvetlerinin süreci etkileyebileceğini ima ediyor.

Bununla birlikte, ilginç bir şekilde, LHC’DEKİ ATLAS deneyinden “üst kuarkları” içeren benzer işlemlerin ölçümleri, bu bozunmanın elektronlar ve müonlar için eşit oranlarda gerçekleştiğini göstermektedir.

Bu arada, ABD’deki Fermilab’daki Müon g-2 deneyi, son zamanlarda, “spin” (kuantum özelliği) çevreleyen manyetik alanlarla etkileşime girdiğinde müonların nasıl “sallandığına” dair çok kesin çalışmalar yaptı.

Bazı teorik tahminlerden küçük ama önemli bir sapma buldu. Yine bilinmeyen kuvvetlerin veya parçacıkların işte olabileceğini öne sürdü.

En son şaşırtıcı sonuç, radyoaktif bozunmayı yöneten zayıf nükleer kuvveti taşıyan W bozonu adı verilen temel bir parçacığın kütlesinin ölçülmesidir.

Yıllarca süren veri alma ve analizden sonra, Fermilab’da da yapılan deney, teorinin öngördüğünden önemli ölçüde tartışmalı olduğunu gösteriyor. Bu bir milyondan fazla deneyde tesadüfen gerçekleşmeyecek bir miktarda sapmaya karşılık gelmektedir.

Yine, henüz keşfedilmemiş parçacıkların kütlesinin gözden kaçırılmış ihtimali bu sonucu doğurabilir.

İlginçtir ki, bu da (bu çalışma ve bu sunulan) LHC düşük bazı hassas ölçümler ile aynı fikirde değil.

Bu etkilerin yeni bir açıklama gerektirdiğinden kesinlikle emin olmasak da, fizikte yeni bilgilere ihtiyaç duyulduğuna işaret olabilir.

Elbette, bu gözlemleri açıklamak için teorisyenler “süpersimetri” üzerine yoğunlaşabilirler.

Bu, standart modelde düşündüğümüzden iki kat daha fazla temel parçacık olduğu ve her parçacığın bir “süper ortağa” sahip olduğu fikridir.”

Bunlar ek Higgs bozonlarını (temel parçacıklara kütlelerini veren alanla ilişkili) içerebilir.

Diğerleri bunun ötesine geçecek, “technicolor” gibi daha az modaya uygun fikirleri çağırarak, doğanın ek güçlerinin (yerçekimi, elektromanyetizma ve zayıf ve güçlü nükleer kuvvetlere ek olarak) olduğunu ima edecek ve Higgs bozonunun aslında diğer parçacıklardan yapılmış kompozit bir nesne olduğu anlamına gelebilecektir.

.Sadece deneyler maddenin gerçeğini ortaya çıkaracaktır. Bu deneysel fizikle uğraşanlar için iyi bir haberdir.

Bununla birlikte, bu ölçümlerin yapılmasının son derece zor olduğunu da belirtmek gerekmektedir.

Dahası, standart modelin tahminleri genellikle yaklaşımların yapılması gereken hesaplamaları gerektirir.

Bu, farklı teorisyenlerin, yapılan varsayımlara ve yaklaşım düzeyine bağlı olarak biraz farklı kütleleri ve bozunma oranlarını tahmin edebilecekleri anlamına gelir.

Bu nedenle, daha doğru hesaplamalar yaptığımızda, bazı yeni bulguların standart modele uyması olabilir.

Aynı şekilde, araştırmacılar son derece farklı yorumlar kullanıyor ve bu nedenle tutarsız sonuçlar buluyor olabilir.

İki deneysel sonucun karşılaştırılması, her iki durumda da aynı yakınlaştırma seviyesinin kullanıldığının dikkatli bir şekilde kontrol edilmesini gerektirir.

Bunların her ikisi de “sistematik belirsizlik” kaynaklarının örnekleridir. Araştırmacıların tümü bunları ölçmek için ellerinden gelenin en iyisini yapsa da, onları eksik veya fazla tahmin eden öngörülemeyen komplikasyonlar olabilir.

Bunların hiçbiri mevcut sonuçları daha az ilginç veya önemli kılmaz.

Sonuçların gösterdiği şey, yeni fiziğin daha derin bir şekilde anlaşılması için birden fazla yol olduğu ve hepsinin araştırılması gerektiğidir.

Lhc’nin yeniden başlatılmasıyla birlikte, daha nadir süreçler yoluyla yeni parçacıkların ortaya çıkarılması ya da henüz ortaya çıkarmadığımız arka planların altında gizlenmiş olarak bulunması ihtimali hala var.

Kaynak: scitechdaily – ROGER JONES, LANCASTER UNIVERSITY

 

 

 

 

 

 

Benzer Reklamlar

İlk yorum yapan olun

Yorumunuz