Fermilab'daki fizikçiler, müon adı verilen temel bir parçacığın manyetik 'salınımı' veya 'titreşimi' olarak bilinen, uzun süredir tartışmalı bir değerin şimdiye kadarki en hassas ölçümünü gerçekleştirdi.
Bazı çevreler için biraz hayal kırıklığı yaratan haber şu ki, bu ölçüm, parçacık fiziğinin mevcut en iyi teorisi olan Standart Model ile güçlü bir uyum sergiliyor. Bu da, bazı bilim insanlarının umduğu gibi, yeni ve egzotik bir fiziğin kapısını aralamadığı anlamına geliyor.
Müon, elektrona benzeyen ancak kütlesi yaklaşık 207 kat daha fazla olan bir temel parçacıktır. Müonların manyetik bir alan içinde nasıl hareket ettiği teorik olarak oldukça kesin bir şekilde tahmin edilebilir olmalıdır. Bu tahmin, giromanyetik oran veya g faktörü olarak adlandırılır.
Basit bir dünyada g faktörünün tam 2 olması beklenir. Ancak gerçek dünya o kadar basit değil. Müonun manyetik dansı, bir anomali gibidir ve tıpkı Pi sayısının 3'ten biraz daha fazla olması gibi, müonun g faktörü de 2'den çok az bir miktar fazla gibi görünüyordu.
Ne kadar az fazla? Fermilab'ın Müon g-2 deneyinden alınan altı yıllık veriyi içeren yeni sonuçlara göre bu değer 0.001165920705 olarak ölçüldü.
Ekip, bu son değerin 127 milyarda bir hassasiyetle ölçüldüğünü belirtiyor. Bu hassasiyet seviyesini daha iyi anlamak için şöyle düşünebilirsiniz: Bir ülkenin genişliğini bu hassasiyetle ölçtüğünüzde, tek bir kum tanesinin eksik olup olmadığını bile anlayabilirdiniz.
Ancak araştırmanın asıl ilgi çekici yanı, bu anormal manyetik hareketi açıklayabilecek yeni kuvvetler veya parçacıklar için ne kadar alan bıraktığıydı.
Teori tarafındaki fizikçilerden oluşan bir grup ise Standart Model'in bu değeri ne kadar doğru tahmin ettiğini kontrol etmeyi amaçladı. Genişletilmiş bir veri setini kullanarak yaptıkları en son hesaplama 0.00116592033 sonucunu verdi. Bu değer, deneysel yollarla elde edilen değere aşırı derecede yakın.
Bu durum, havalı, egzotik bir fiziğin iş başında olması için çok az hareket alanı bırakıyor.
Araştırmacılar, müonun anormal manyetik momentinin veya g-2'sinin, parçacık fiziğinin Standart Modeli için hassas bir test sağladığı için önemli olduğunu belirtiyorlar.
Müon, manyetik bir alan içinde dönerken, kutuplarının alanla hizalanması beklenir. Ancak durum böyle değil. Bunun yerine, tıpkı dengesiz bir topaç gibi çok hafifçe 'titriyor' veya 'salınıyor'. Ve eğer bu titreşim özellikle belirgin olsaydı, bu durum müonun görünmeyen, bilinmeyen parçacıklar tarafından itildiğini gösterebilirdi.
Vakum aslında hiçbir zaman tam anlamıyla boş değildir. Kuantum dalgalanmaları sayesinde sanal parçacık çiftleri sürekli olarak ortaya çıkıp yok olur. Gerçekliğimize bu kısa süreli misafirler, yakındaki diğer parçacıkları çeşitli şekillerde etkileyebilir.
Göreceli ağırlığı sayesinde müon, sanal parçacıkların etkisine karşı özellikle hassastır. Dolayısıyla, müonun beklenen aralığın ne kadar ötesinde sallandığını hassas bir şekilde ölçerek, fizikçiler bu gizemli sanal parçacıkların özelliklerini hesaplayabilir ve potansiyel olarak Standart Model'in ötesinde yeni bir fizik alanının kilidini açabilirlerdi. Bu tür hipotetik açıklamalar arasında kara fotonlar veya süpersimetri gibi kavramlar yer alıyordu.
Müonun g faktörü, on yıllardır fizikçiler için büyüleyici bir muamma olmuştur. Bir şeylerin yolunda gitmediğine dair ilk ipuçları 2001 yılında geldi. İlk Müon g-2 deneyi versiyonu, teori ile pratik arasında önemli bir fark olduğunu ortaya koydu.
Sonraki on yıllar boyunca yapılan deneyler, giderek daha hassas ölçümler sağlarken, Standart Model'in tahminlerini hesaplama teknikleri de eş zamanlı olarak gelişti. Buna rağmen, bir uyumsuzluk devam etti.
Müon g-2 deneyinin mevcut versiyonu 2018'de faaliyete geçti ve 2023'e kadar her yıl yeni deneyler yürüttü. İlk çalıştırmalardan elde edilen veriler daha önce yayınlanmış ve yeni fiziğe daha fazla işaret ediyor gibi görünüyordu.
Bu en son ölçüm ise altı çalıştırmanın tamamından elde edilen veriyi içeriyor. Bu, son yayında kullanılan veri setini üç kattan fazla artırıyor. Bu veriler sadece daha fazla değil, ekipmanda yapılan iyileştirmeler sayesinde daha yüksek kalitede.
Fizik ders kitaplarına birkaç ekstra bölüm eklemeyi umanlar için üzücü bir şekilde, bu durumda her şeyin olması gerektiği gibi görünüyor. Bu, her şeyi bildiğimiz anlamına gelmez. Örneğin, kara madde ve hatta yer çekimi bile henüz Standart Model'e tam olarak uymuyor, bu yüzden hala doldurulması gereken pek çok boşluk var.
