Fermilab’ın Muon g-2 deneyinden elde edilen ilk sonuçlar, yeni fiziğin kanıtlarını güçlendiriyor

ABD Enerji Bakanlığı’nın Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndaki Muon g-2 deneyinin ilk sonuçları, müon adı verilen temel parçacıkların, bilim adamlarının en iyi kuramı olan parçacık fiziğinin Standart Modeli tarafından öngörülmeyen bir şekilde davrandığını gösteriyor. Sonuçlar dergide yayınlandı Fiziksel İnceleme Mektupları.
Müonların Standart Model hesaplamasından saptığına dair güçlü kanıtlar, heyecan verici yeni fiziğin ipuçlarını verebilir. Potansiyel bir açıklama, keşfedilmemiş parçacıkların veya kuvvetlerin varlığıdır. Müonlar, atom altı dünyaya açılan bir pencere görevi görür ve bu parçacıklar veya kuvvetlerle etkileşime giriyor olabilir.
Eşi benzeri görülmemiş bir hassasiyetle elde edilen sonuç, onlarca yıldır araştırmacıları kemiren bir tutarsızlığı doğruluyor.
Fizikçi Tim Chupp, “İlk yıl verilerimizin sonucu, neredeyse on yıldır en çok beklenen parçacık fiziği sonucu ve deneycilerin inanılmaz derecede yetenekli işbirliği için olağanüstü bir başarı” dedi. Michigan üniversitesi ve deney üzerinde çalışan UM grubunun lideri. Araştırma kısmen tarafından finanse edilmektedir ABD Ulusal Bilim Vakfı.
Bir müon, kuzeni elektrondan yaklaşık 200 kat daha ağırdır. Müonlar, kozmik ışınlar Dünya atmosferine çarptığında doğal olarak oluşur ve Fermilab’daki parçacık hızlandırıcılar onları çok sayıda üretebilir. Elektronlar gibi, müonlar da küçük iç mıknatıslara sahipmiş gibi davranırlar.
Güçlü bir manyetik alanda, müonun mıknatısının yönü, tıpkı bir topaç veya jiroskopun ekseni gibi sallanır veya yalpalar. Dahili mıknatısın gücü, müon devinim hızını belirler ve fizikçilerin g faktörü dedikleri bir sayı ile tanımlanır. Standart Model, bilinen parçacıklara ve kuvvetlere dayalı olarak g faktörünü ultra yüksek hassasiyetle hesaplamak için kullanılabilir.
Muon g-2 deneyi, bir müon demetini, neredeyse ışık hızında binlerce kez dolaştıkları bir mıknatıs halkasına gönderir. Halkayı kaplayan dedektörler, bilim adamlarının müonların ne kadar hızlı ilerlediğini belirlemelerine olanak tanır. Müonlar, Muon g-2 mıknatısında dolaşırken, aynı zamanda varoluşa girip çıkan atom altı parçacıkların kuantum köpüğü ile etkileşime girerler.
Bu kısa ömürlü parçacıklarla etkileşimler, g faktörünün değerini etkileyerek müonların devinim hareketinin çok az hızlanmasına neden olur. Standart Model, bu sözde anormal manyetik momenti tahmin eder. Ancak kuantum köpüğü, Standart Model tarafından açıklanmayan ek kuvvetler veya parçacıklar içeriyorsa, bu, müon g-faktörünü daha da fazla değiştirir.
Chupp, “Parçacık fizikçileri dikkatlerini yeniden bu yeni fiziğin ne olabileceğine çevirecekler” dedi. “Fizik için bu bulgu oldukça derin çünkü bize incelenecek belirli bir sinyal hakkında çok daha iyi bir fikir veriyor. Bu güzel bir fizik. Deneysel olarak bize meydan okuyor ve parçacık fiziğinin en derin sorularını araştırıyor.”
NSF’nin Fizik Bölümü’nde program direktörü olan Allena Opper ekledi: “Standart Model, atom altı dünyaya ilişkin gözlemlerimizi tahmin etmede çok ama çok iyidir. Bu sonuç çok heyecan verici çünkü Standart Model tahmininden çok net bir şekilde sapıyor. -faktör; müonları etkileyen bazı yeni parçacıklar veya etkileşimler olmalı.”