Son zamanlarda yapılan araştırmalar, müon adı verilen atom altı parçacıkların, mevcut fizik teorilerinin öngördüğü gibi davranmadığını gösteren çarpıcı kanıtlar ortaya koydu. Bilim insanları, müonların üzerinde bilinmeyen bir kuvvetin etkili olabileceğini öne sürüyor. Bu bulgular, daha fazla veri ile desteklenmesi gerektiği için kesin bir sonuca ulaşmamış olsa da, doğrulanmaları halinde fizikte devrim niteliğinde bir gelişmeye yol açabilir.
Günlük yaşamımızda sıkça deneyimlediğimiz bütün kuvvetler, şu an dört ana kategoriye indirgenebilir: yerçekimi, elektromanyetizm, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet. Bu dört temel kuvvet, evrendeki nesnelerin ve parçacıkların birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini belirleyen temel unsurlardır.
Yeni bulgular, ABD’nin Fermilab adlı parçacık hızlandırıcı tesisinde elde edildi. Fermilab ekibi, ilk kez 2021 yılında beşinci bir doğa kuvvetinin varlığına dair olasılıkları gündeme getirmişti. Fermilab’da kıdemli bilim insanı olan Dr. Brendan Casey, araştırma ekibinin o tarihten bu yana daha fazla veri topladığını ve ölçümlerinin belirsizliğini büyük ölçüde azalttığını belirtti.
“Yeni Bir Alanı Araştırıyoruz”
Casey, “Gerçekten yeni bir alanı araştırıyoruz. Ölçümlerimizi daha önce hiç olmadığı kadar yüksek bir hassasiyetle yapıyoruz” şeklinde ifade etti. ‘g eksi iki (g-2)’ olarak bilinen deneyde, müon parçacıkları 15 metre çapındaki bir halkanın etrafında hızlandırılarak neredeyse ışık hızında yaklaşık bin kez dolaştırılıyor. Araştırmacılar, müonların yeni bir doğa kuvvetinin etkisi altında, Standart Model olarak bilinen mevcut teoriyi zorlayacak şekilde davranıyor olabileceklerine dair güçlü veriler elde etti.
Fermilab ekibi, elde ettikleri verilerin güçlü olmasına rağmen kesin bir kanıt sunamadıklarını vurguladı. Beklentileri, teorik fizikteki son gelişmelerle birlikte, standart modelin müonlardaki yalpalama miktarının ne olması gerektiği konusundaki belirsizliklerin arttığını gösteriyor. Bu durum, deneysel fizikçiler için hedef kriterlerin değişmesine neden oldu.
“Başlangıç Fitilini Ateşleyecek”
Araştırmacılar, ihtiyaç duydukları verilere ulaşacaklarına ve teorik belirsizliğin iki yıl içinde hedeflerine ulaşmaları için yeterince azalacağına inanıyor. Avrupa’daki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) ile rekabet eden bir ekip ise bu hedefe daha önce ulaşmayı umuyor. Imperial College London’dan Dr. Mitesh Patel, LHC’de Standart Model’deki eksiklikleri ortaya çıkarmaya çalışan binlerce fizikçiden biri. BBC News’a verdiği demeçte, Standart Model ile çelişen deneysel sonuçları bulan ilk kişilerin, fizikte tüm zamanların en büyük buluşlarından birine imza atacaklarını ifade etti.
“Standart Model’in öngörüleriyle uyuşmayan davranışları ölçmek, parçacık fiziği açısından beklenen bir hedef. Model, 50 yılı aşkın bir süredir tüm deneysel testlere dayanıyor, bu nedenle anlayışımızda bir devrim yaratma potansiyeline sahip.”
Fermilab, bir sonraki sonuçlarının teori ve deney arasında yeni parçacıkları veya kuvvetleri ortaya çıkarabilecek “nihai veriler” olacağını duyurdu.
Standart Model Nedir?
Peki, Standart Model nedir ve onun öngörülerine tam olarak uymayan deneysel bir sonuç elde etmek neden bu kadar önemli? Etrafımızdaki her şey atomlardan oluşuyor; atomlar da daha küçük parçacıklardan meydana geliyor. Bu parçacıklar, doğanın dört kuvvetini oluşturarak etkileşime giriyor: elektrik ve manyetizma (elektromanyetizm), iki nükleer kuvvet ve yerçekimi (kütleçekim). Son 50 yıl boyunca, bu etkileşimlerin hareketleri standart model tarafından kusursuz bir şekilde öngörülmüştü.
Müonlar, atomların yörüngesinde dönen ve elektrik akımlarından sorumlu olan elektronlara benzer, ancak yaklaşık 200 kat daha ağırdır. Deneyde güçlü ve süper iletken mıknatıslar kullanılarak müonların davranışları incelendi. Sonuçlar, müonların Standart Model’in öngördüğünden daha hızlı yalpaladıklarını gösterdi. Projenin önde gelen araştırmacılarından Liverpool Üniversitesi’nden Profesör Graziano Venanzoni, bunun bilinmeyen yeni bir kuvvetten kaynaklanabileceğini ifade etti.
“Mevcut teorimizde henüz farkında olmadığımız başka bir güç olabileceğini düşünüyoruz. Bu, ‘beşinci kuvvet’ olarak adlandırdığımız farklı bir şey. Bu, henüz bilmediğimiz önemli bir kavram; çünkü Evren hakkında yeni bilgileri açığa çıkarabilir.”
Eğer bu bulgular doğrulanırsa, Einstein’ın izafiyet teorisinden bu yana geçen yüz yılın en büyük bilimsel atılımlarından biri olarak tarihe geçebilir. Çünkü beşinci bir kuvvet ve bu kuvvetle ilişkili herhangi bir parçacık, mevcut Standart Model’in bir parçası değildir. Araştırmacılar, “Standart Model’in ötesinde fizik” olarak tanımladıkları bir gerçekliğin mevcut olduğuna inanıyorlar; çünkü mevcut teori, astronomların uzayda gözlemlediği birçok olayı açıklamakta yetersiz kalıyor. Bu durumlar arasında, galaksilerin evrenin Büyük Patlama’dan sonra genişlemesini yavaşlatmak yerine birbirlerinden uzaklaşmaya devam etmesi de bulunmaktadır. Bilim insanları, bu hızlanmanın karanlık enerji adı verilen bilinmeyen bir güç tarafından yönlendirildiğini öne sürüyor. Ayrıca, galaksilerin, içlerindeki madde miktarına göre olması gerekenden daha hızlı döndüğü düşünülüyor; bu da karanlık madde adı verilen, yine Standart Model’in bir parçası olmayan görünmez parçacıklardan kaynaklanıyor olabilir.
Araştırmanın sonuçları Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.
