Pensilvaniya Dövlət Universiteti tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Rəssamın muonun maqnit momentinin sirrini – elektrona bənzər, lakin ondan daha ağır olan subatom hissəciyini (yunan hərfi mu ilə təmsil olunur) təsəvvür etməsi. Muonun bu fundamental xüsusiyyətinin yarım əsrdən çox ölçülməsi nəzəri proqnozlarla üst-üstə düşmədi və bu da izah olunmayan uyğunsuzluğun arxasında yeni fizikanın dayandığına dair ümidlər yaratdı. Müəllif: Dani Zemba / Penn State

Zərrəciklər fizikasındakı kiçik bir uyğunsuzluq on illərdir elmin ən uğurlu nəzəriyyələrindən birində mümkün bir çatlaq kimi görünür və naməlum qüvvələrə və ya kvant obyektlərinə işarə edir. İndi isə Penn State fizikinin rəhbərlik etdiyi beynəlxalq bir qrup, uyğunsuzluğun təbiətdə deyil, hesablamada təsadüf olduğunu ortaya qoyan ən dəqiq tədqiqatı dərc edib.

Müonun fundamental xüsusiyyətinin — elektronun daha kütləvi və qısa ömürlü qohumunun — yarım əsrdən çox ölçülməsi nəzəri proqnozlarla üst-üstə düşmədi və bu da izah olunmayan uyğunsuzluğun arxasında yeni fizikanın dayandığına dair ümidlər yaratdı.

“Nature” jurnalında dərc olunmuş məqalədə Penn State tədqiqatçısının rəhbərlik etdiyi bir qrup hissəciklər fizikasında indiyə qədər aparılan ən dəqiq hesablamalardan birini təsvir edərək, maddənin məlum quruluş bloklarını təsvir edən nəzəriyyə olan Standart Modelin hələ də qüvvədə olduğunu göstərir.

Penn State Universitetinin tanınmış fizika professoru və tədqiqatın aparıcı müəllifi Zoltan Fodor bildirib ki, “Son 60 ildə bir çox hesablamalar aparılıb və onlar getdikcə daha dəqiqləşdikcə hamısı məlum fizika qanunlarını alt-üst edəcək uyğunsuzluğa və yeni qarşılıqlı təsirə işarə edib”.

“Bu uyğunsuzluq miqdarını hesablamaq üçün yeni bir metod tətbiq etdik və onun olmadığını göstərdik. Ümid etdiyimiz bu yeni qarşılıqlı təsir sadəcə olaraq mövcud deyil. Köhnə qarşılıqlı təsirlər dəyəri tamamilə izah edə bilər.”

Fodorun sözlərinə görə, hesablamaları 10 ildən çox çəkən komandanın tapıntıları nəzəriyyə və təcrübəni yarım standart sapma həddinə çatdırır və bu, cəmi on il əvvəl ağlasığmaz dərəcədə dəqiqlik səviyyəsidir. Nəticə Standart Modelə olan inamı 11 onluq yerə qədər gücləndirir və yeni fizikanın gizlənə biləcəyi məkanı kəskin şəkildə daraldır.

“İnsanlar məndən bu kəşfi etməyin necə hiss etdiyini soruşurlar və düzünü desəm, özümü bir qədər kədərli hiss edirəm”, – Fodor dedi.

“Bu kəmiyyəti hesablamağa başlayanda yeni bir beşinci qüvvə üçün yaxşı və etibarlı bir hesablama aparacağımızı düşündük. Bunun əvəzinə, beşinci qüvvənin olmadığını gördük. Yalnız Standart Modelin deyil, həm də Standart Modelin qurulduğu təməl olan kvant sahə nəzəriyyəsinin çox dəqiq bir sübutunu tapdıq.”

Muonun maqnit momenti niyə əhəmiyyətli idi

Yeni və əvvəlki hesablamalar, alimlərin muonun “maqnit momenti” adlandırdığı şeyə, hissəciyin kiçik bir çubuq maqniti kimi nə qədər güclü davrandığını göstərən bir ölçüyə əsaslanırdı.

Kvant nəzəriyyəsinə görə, bu rəqəm tam olaraq iki olmalıdır ki, bu da hissəciyin necə “salınmasının” mövcud olduğu maqnit sahəsinin gücünə nisbətini təmsil edir. Lakin təcrübələrdə tədqiqatçılar nəzəriyyənin proqnozlaşdırdığından sapmalar aşkar etdilər.

Digər hissəciklər muonun maqnit gücünü ” anomal maqnit momenti ” və ya g−2 kimi tanınan kiçik bir miqdarla dəyişdirmək üçün kifayət qədər dartaraq, varlığa daxil olub yox oldular.

Muonlar elektronlardan təxminən 200 dəfə ağır olduqları üçün bu cür dartma qüvvələrinə xüsusilə həssasdırlar və bu həddindən artıq həssaslıq muon g−2-ni fizikada ən diqqətlə araşdırılan kəmiyyətlərdən birinə çevirdi.

1960-cı və 70-ci illərdə Avropa Nüvə Tədqiqatları Təşkilatı olan CERN-də, 2000-ci illərin əvvəllərində Nyu-Yorkdakı Brukhaven Milli Laboratoriyasında və daha sonra İllinoysdakı Fermi Milli Sürətləndirici Laboratoriyasında aparılan təcrübələrdə muonun maqnit momenti fövqəladə dəqiqliklə ölçülmüşdür.

Təcrübələr Fundamental Fizika üzrə Çığırış Mükafatını qazandı . İllərdir muon g−2 üçün təcrübi dəyər Standart Model proqnozu ilə ziddiyyət təşkil edərək, hazırda məlum olanlardan kənara çıxan fizikaya işarə edirdi.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Güclü qüvvənin çətinliklərini dəf etmək

Nəzəri hesablama fizikanın xüsusilə çətin bir aspektindən asılı idi: təbiətin dörd əsas qüvvəsindən ən güclü olan güclü qüvvə. Digər üçü cazibə qüvvəsi, elektromaqnetizm və zəif qüvvədir. Cazibə qüvvəsindən təxminən 100 trilyon trilyon trilyon dəfə güclü olan güclü qüvvə subatom kvarklarını protonlara, neytronlara və digər adronlara bağlayır.

Güclü qüvvə ilə nəzəriyyə kimi işləmək xüsusilə çətindir, çünki o, məsafə ilə artır, rezin bantın dartılması çətinləşdiyi kimi. Güclü qüvvəni parçalamaq üçün o qədər çox enerji tələb olunur ki, bu da yeni hissəciklər yaradır və bu da öz növbəsində güclü qüvvənin ölçülməsinə təsir göstərir.

Güclü qüvvənin böyük gücünə görə, muonun Standart Modelə uyğun davranıb-davranmadığını yoxlamaq üçün nəzəri hesablamalar aparmaq demək olar ki, mümkün deyil.

Yeni şəbəkə əsaslı hesablama strategiyası

Tədqiqat qrupu, məkanı və zamanı incə bir şəbəkəyə və ya qəfəsə parçalayaraq nəhəng superkompüterlər üzərindəki güclü qüvvəni simulyasiya edən hesablama yanaşması olan qəfəs kvant xromodinamikasından istifadə edərək bu problemi yeni bir şəkildə həll etdi.

Fodor dedi: “Köhnə metodologiya minlərlə eksperimental nəticənin toplanması və tək ədəd, yəni muonun maqnit momentini əldə etmək üçün onları yenidən şərh etməkdən ibarət idi”.

“Yanaşmamız tamamilə fərqli idi. Məkan-zaman hücrələrini çox kiçik hüceyrələrə, bir qəfəsə böldük, sonra Standart Modelin tənliklərini bunun üzərində həll etdik. Bu hesablamanın arxasında çoxlu nəzəriyyə, riyaziyyat, proqramlaşdırma, hesablama bilikləri və kompüter arxitekturası dayanırdı.”

Komandanın birlikdə işlədiyi 10 il ərzində qəfəs hesablamaları əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşsa da, muon g−2 üçün lazım olan dəqiqliyə çatmaq hələ də çətin bir problem olaraq qaldığı üçün fərqli bir şey sınadılar.

Tədqiqatçılar kiçik hüceyrələr arasındakı qısa və orta məsafələrdəki qəfəs hesablamalarını mövcud ölçmələrin artıq güclü şəkildə uyğunlaşdığı uzun məsafələrdəki ən etibarlı eksperimental məlumatlarla birləşdirdilər. Bu, onlara qeyri-müəyyənlikləri hər iki yanaşmanın təkbaşına edə biləcəyindən daha effektiv şəkildə azaltmağa imkan verdi.

Eyni zamanda, onlar nəzəriyyəni əvvəlki tədqiqatlarla müqayisədə daha incə qəfəslər üzərində simulyasiya etdilər və səhv ehtimalını kəskin şəkildə azalddılar. Nəticə, muonun maqnit momentinin indiyə qədərki ən dəqiq hesablanmasıdır. Bu rəqəm tam Standart Model proqnozuna əlavə edildikdə, eksperimental nəticələrlə uzun müddətdir davam edən uyğunsuzluq mahiyyət etibarilə yox olur.

Nəticə yeni fizika üçün nə deməkdir

Fodor dedi: “Proqnozlaşdırma, hər biri tamamilə fərqli nəzəri alətlər tələb edən elektromaqnit , zəif və güclü qüvvələri milyard başına düşən hissələrə qədər dəqiq olan tək bir hesablamada birləşdirir. Bu, təbiətin inanılmaz dərəcədə dərin səviyyədə necə işlədiyini həqiqətən başa düşdüyümüzü göstərir.”

O əlavə etdi ki, nəticə yeni fizikanın istisna edildiyi anlamına gəlmir, lakin onun daha perspektivli istiqamətlərindən biri daha da kiçilib. Gələcək təcrübələr mənzərəni aydınlaşdırmağa kömək edəcək, lakin hələlik Standart Model güclüdür.

Fodor dedi: “Biz beşinci qüvvəni əldə edə bilmədik, amma təbiətin ən fundamental suallarını anlamağımızın əsas nəzəriyyəsi olan kvant nəzəriyyəsinin çox gözəl və yəqin ki, ən yaxşı sübutunu əldə etdik”.