Ünlülerle çalışan fizikçiler Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) en CERN’in İsviçre’nin Cenevre kentinde yapılan son deneylerin şunu işaret edebileceğini söylüyorlar: keşfedilmemiş fizik Standart Modele meydan okuyan.
Yarım yüzyılı aşkın bir süredir modern fiziğin baskın çerçevesi olarak kabul edilen Standart Model, şimdi LHC deneylerinden elde edilen umut verici ipuçlarıyla karşı karşıya: atom altı parçacıklar evrene dair bu uzun süredir benimsenen görüşle tutarsız olabilir.
Keşifler, Edinburgh Üniversitesi Fizik ve Astronomi Okulu’ndan fizikçi William Barter ve Imperial College London Doğa Bilimleri Fakültesi Çarpıştırıcı Fiziği Araştırma Görevlisi Mark Smith tarafından, yakın zamanda yayınlanmak üzere kabul edilen bir makalede ayrıntılı olarak açıklandı. Fiziksel İnceleme Mektupları, ve bir parça halinde öne çıkan en Konuşma.
Bulgular doğrulanırsa, geçerli olan modeli alt üst edebilir. fizikçiler evrende gözlemlenen olgulara ilişkin anlayışımızın çoğunu temel alır.
Evrenin Yapı Taşları
Standart Model’e göre evrende gözlemlediğimiz olguları yöneten dört temel kuvvet vardır: yerçekimi, elektromanyetizma, zayıf kuvvet ve güçlü kuvvet; bunların hepsi de evrenin davranışını etkiler. parçacıklar atom altı parçacıklar olarak bilinen en küçük bileşenlerine kadar.
Her ne kadar Standart Model, bu kuvvetlerin evrenimizi nasıl yönettiğine dair çok şey açıklasa da, bu uzun zamandır gizemli bulmacanın hala eksik parçaları var. Standart ModelBarter ve Smith’e göre “temel parçacıklar ve kuvvetler hakkındaki en iyi anlayışımız budur, ancak bunun hikayenin tamamı olamayacağını da biliyoruz.” Bugün sayıları giderek artan fizikçiler gibi onlar da yaygın olarak kabul edilen mevcut modelin yer çekimini açıklayamıyor veya karanlık maddeörneğin.
Fizikçiler şu anda bu yöntemi kullanıyor LHC parçacıkları birbirine çarparak, bildiğimiz şekliyle evrenin başlangıcına yakın olanlardan pek farklı olmayan koşullar yaratıyor. Bunu yapmak, araştırmacıların, maddenin olağandışı durumlarının üretimi yoluyla keşfedilmemiş fiziğe nadir bir bakış atmasına olanak tanır.
LHCb’nin son sonuçlarına göre, B mezonları adı verilen atom altı parçacıkların bozunması araştırıldı ve sonuçların Standart Model’in çoğu öngörüsüyle çeliştiği görülüyor.
Bu tür deneyler temel olarak Einstein’ın bir asırdan fazla süre önce ortaya attığı teorileri test etmeyi amaçlıyor. Yazarlar şöyle yazıyor: “Fizikçiler, teoriyi titizlikle test etmek için LHC gibi tesislerde yapılan ölçümleri Standart Modele dayalı tahminlerle karşılaştırabilirler.” Konuşma.
“Standart Model’in eksik olduğunu bilmemize rağmen, 50 yılı aşkın süredir giderek daha sıkı hale gelen testlerde parçacık fizikçileri henüz teoride bir çatlak bulamadılar” diye savunuyorlar. Ancak bu durum değişmek üzere olabilir.
Standart Modelin Test Edilmesi
Barter ve Smith, artan kanıtların şunu işaret ettiğini söylüyor: Standart Modeldeki çatlaklarözellikle de ilk olarak 2025’in başlarında bildirilen bir LHC deneyinin sonuçları.
Barter ve Smith, “CMS sonuçları LHCb’den elde edilenler kadar kesin olmasa da, iyi bir şekilde aynı fikirdeler ve durumu güçlendiriyorlar” diye belirtiyor ve “elektrozayıf penguen bozunması” olarak bilinen şeyi içeren yeni sonuçların, kısa ömürlü parçacıkların dönüşümünün meydana geldiği belirli bir tür sürece işaret ettiğini ekliyorlar. Son LHC deneylerinde yazarlar bunun B mezonunun dört ayrı atom altı parçacığa bozunması (veya dönüşmesi) için geçerli olduğunu söylüyor. Bunlar arasında iki müon, bir kaon ve bir pion bulunur.
Fizikçiler, B mezonunun bozunumunu bu şekilde ölçerek, “güzellik kuarkı” olarak bilinen bir parçacığın başka bir tür temel parçacığa, esrarengiz “garip kuark”a nasıl dönüşebildiğini inceleyebiliyorlar.
Barter ve Smith’in belirttiği gibi, bu tür koşullar altında bir penguen bozunmasının gözlemlenmesi Standart Modelde son derece nadirdir, çünkü kabaca var olan her milyon B mezon için yalnızca bir bozunmanın meydana gelmesi beklenir. Ancak ekibin son ölçümleri, bu sürecin ne sıklıkta gerçekleşmesinin beklendiğine ilişkin bugüne kadarki en kesin rakamları ortaya koyuyor ve rakamlar, Standart Model tarafından tahmin edilenlerle kesinlikle eşleşmiyor.
Yazarlar, “Penguen süreçleri, doğrudan LHC’de oluşturulamayan, potansiyel olarak çok ağır yeni parçacıkların etkilerine karşı benzersiz derecede hassastır” diye belirtiyor ve bu son gözlemlerin, fizikçiler tarafından geçen yüzyılda gözlemlenen artan sayıya katkıda bulunduğunu ve LHC kullanılarak elde edilebilecekler sayesinde son yıllarda artan sayıda meydana geldiğini ekliyorlar.
Barter ve Smith, “Nadir süreçlerle ilgili çalışmalarımız, doğanın ancak 2070’ler için planlanan parçacık çarpıştırıcıları kullanılarak erişilebilecek kısımlarını keşfetmemize olanak tanıyor” diye yazıyor ve ileri düzey fizikteki bu tür keşiflerin, bulgularını açıklamaya yardımcı olacak yeni teorilere olan ihtiyacı akla getirdiğini belirtiyor. Bunlardan bazıları “leptokuarklar” olarak bilinen çeşitli yeni parçacıkların dahil edilmesini içerirken, başka bir yaklaşım Standart Modele uygun daha ağır parçacık türlerini içerir.
Bulgular heyecan verici olsa da araştırmacılar, en azından şimdilik, Standart Modelin ötesinde tamamen yeni fiziğin açıkça benimsenmesini engelleyen soruların bulunduğunu vurguluyor. Yine de deneysel LHCb verileriyle birleştirilen teorik modellerin, bulgularındaki anormallikleri açıklamakta hâlâ zorluk çektiğini ileri sürüyorlar.
Yazarlar, çalışmalarının 2011 ile 2018 arasında kaydedilen 650 milyara yakın B mezon bozunumunu inceleyerek sözde “penguen bozunumları”nın varlığını ortaya çıkarmasına rağmen, son LHCb deneyinin zaten üç kat daha fazla B mezonunu kaydetmeyi başardığını belirttiğinden, ileriye dönük olarak fizikçilerin Barter ve Smith tarafından bildirilenlere benzer bulguları doğrulayabileceklerini umuyoruz.
Önümüzdeki yıllarda, LHC’ye yapılan yükseltmelerin daha da büyük bir veri kümesini mümkün kılması, sonuçta evrenimizde açıklanamayan faktörlerin iş başında olup olmadığını doğrulaması ve potansiyel olarak işlerin nasıl yürüdüğünün ardındaki fizik anlayışımızı temelden yeniden şekillendirmesi bekleniyor.
Barter ve Smith bulguları bildirdi son deneylerin ardındaki işbirliğinin Konuşma, Ve sonuçları açıklayan makale yılında yayınlanmak üzere kabul edildi Fiziksel İnceleme Mektupları.
Micah Hanks, The Debrief’in Genel Yayın Yönetmeni ve Kurucu Ortağıdır. Uzay ve astronomi odaklı bilim, savunma ve teknoloji üzerine uzun süredir muhabirlik yapan kendisine şu adresten ulaşılabilir: [email protected]. Onu X’te takip et @MicahHanksve micahhanks.com.
