Əsaslı Suallar İnstitutu, FQXi tərəfindən

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

I, II və III Tip keçid proseslərinin və imza emissiyasının sxemi (bax: Bölmə 1.1). Mənbə: Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-25444-z

Pauli istisna prinsipi hissəciklər fizikasının Standart Modelinin təməl daşıdır və maddənin quruluşu və sabitliyi üçün vacibdir. Fiziklərin beynəlxalq əməkdaşlığı kvant fizikasının bu təməl qaydasının bu günə qədərki ən sərt eksperimental sınaqlarından birini həyata keçirib və onun pozulmasına dair heç bir dəlil tapmayıb. VIP-2 təcrübəsini istifadə edərək, komanda atom sistemlərində elektronlarla bağlı mümkün pozuntular üçün indiyə qədər ən güclü limitləri müəyyən edib və elektronların daxili quruluşa malik olduğunu irəli sürən nəzəriyyələr və sözdə “Quon modelləri” də daxil olmaqla, Standart Modeldən kənarda bir sıra spekulyativ nəzəriyyələri əhəmiyyətli dərəcədə məhdudlaşdırıb. Onların təcrübəsi 2025-ci ilin noyabr ayında Scientific Reports jurnalında dərc edilib.

Avstriya-İsveçrə fiziki Volfqanq Pauli 1925-ci ildə istisna prinsipini açıqlamışdır. Bu prinsipdə iki eyni “fermionun” (elektronları da əhatə edən hissəciklər sinfi) eyni kvant vəziyyətində ola bilməyəcəyi bildirilir. Bu prinsip elektronların niyə atom qabıqlarını doldurduğunu, bərk cisimlərin niyə sərtliyə malik olduğunu və ağ cırtdan ulduzlar kimi sıx cisimlərin niyə cazibə qüvvəsi altında çökmədiyini izah edir.

Lakin, yarandığı gündən bəri fiziklər Pauli istisna prinsipinin ekstremal şəraitdə pozula biləcəyinə dair əlamətlər axtarırlar. “Əgər Pauli istisna prinsipi, hətta son dərəcə kiçik bir səviyyədə belə pozularsa, nəticələr atom fizikasından astrofizikaya qədər uzanardı”, VIP-2 əməkdaşlığının sözçüsü olan FQxI üzvü və fizik Katalina Kurçanu deyir.

Qadağan olunmuş keçidlər

Kurçanu və həmkarları Paulinin istisna prinsipini ən güclü həddə çatdırırlar. Bu prinsipi sınaqdan keçirmək üçün beynəlxalq əməkdaşlıq İtaliyadakı Gran Sasso Milli Laboratoriyasında mis atomlarının içərisindəki elektronlara yönəlmiş VIP-2 təcrübəsi adlanan ultra həssas yeraltı təcrübədən istifadə etdi. İstisna prinsipinin pozulması elektronların normal olaraq qadağan olunmuş atom keçidlərinə məruz qalmasına və standart atom keçidlərində görünməyən dəqiq müəyyən edilmiş enerjilərdə rentgen şüaları yaratmasına imkan verərdi.

Bu siqnalları axtarmaq üçün VIP-2 komandası mis hədəflərinə çox sayda “yeni” elektron yeritdi. “Atom sistemi ilə əvvəllər qarşılıqlı əlaqədə olmayan elektronların sözdə “açıq sistem konfiqurasiyası”nda yerləşdirilməsi çox vacibdir”, Polşanın Krakov şəhərindəki Yagelloniya Universitetinin, INFN-in və Çilinin Antofaqasta Universitetinin aparıcı müəllifi Alessio Porçelli izah edir. “Kvant mexanikası qapalı sistemlərdə pozuntuların görünməsinin qarşısını alır. Yeni elektronlar yeritməklə biz bu məhdudiyyətdən yayınırıq və Pauli istisna prinsipinin təmiz və qətiyyətli sınağını aparırıq.”

Daha sonra təcrübə, kosmik radiasiyadan qorumaq üçün yeraltı dərinliklərdə quraşdırılmış aşağı səs-küylü rentgen detektorlarından istifadə edərək mis hədəfi bir neçə il ərzində izlədi. Tədqiqatçılar qadağan olunmuş keçidləri göstərəcək rentgen xətlərini axtardılar.

Belə siqnallar müşahidə edilməyib. Bu, komandaya atom keçidlərində elektronlar üçün mümkün Pauli istisna prinsipi pozuntularına dair indiyə qədər ən sərt yuxarı həddi təyin etməyə imkan verir ki, bu da 1043-də iki hissədən kiçik bir ehtimala uyğundur ^. Porçelli deyir: “Bu, açıq sistemlərdə elektronlar üçün indiyə qədər əldə edilən ən güclü eksperimental məhdudiyyətdir”.

Quonları məhdudlaşdırmaq

Zərrəciklər fizikasının Standart Modeli Pauli istisna prinsipinin dəqiq olduğunu fərz etsə də, təklif olunan bir çox genişləndirmələr bunu etmir. VIP-2 nəticəsi, hətta bu həddindən artıq həssaslıqda belə heç bir pozuntunun olmadığını göstərməklə, yeni nəzəriyyələrin perspektivini kəskin şəkildə məhdudlaşdırır.

Xüsusilə, tapıntılar sözdə Quon modelini güclü şəkildə məhdudlaşdırır. Ənənəvi kvant mexanikasında hissəciklər ya fermionlar, ya da bozonlardır və ara davranışları yoxdur. Quon modeli bu ciddi fərqi yumşaldır, hissəciklərin demək olar ki, fermionlar kimi davranmasına imkan verir və bəzən Pauli istisna prinsipini pozur.

İtaliyanın Roma şəhərində yerləşən Enrico Fermi Tədqiqat Mərkəzinin və əməkdaşlığın aparıcı üzvü olan INFN-in nümayəndəsi Kristian Piskikçia deyir: “Nəticəmiz elektronlar üçün standart fermion davranışından mümkün sapmalara çox sərt məhdudiyyətlər qoyur və alternativ Quon modellərini ciddi şəkildə məhdudlaşdırır”.

Gizli struktur yoxdur

Nəticə, elektronların gizli daxili quruluşa malik ola biləcəyinə dair fikirləri də şübhə altına alır. Belə bir alt quruluşun Pauli istisna prinsipini bir qədər zəiflədəcəyi gözlənilir – VIP-2-nin müşahidə etmədiyi bir təsir.

Hətta kvant cazibə nəzəriyyələri də təsirlənir. Kvant mexanikasını Eynşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsi ilə uzlaşdırmağa çalışan bəzi yanaşmalar, təcrübə tərəfindən hazırda istisna edilən səviyyələrdə Pauli istisna prinsipinin pozulmasını proqnozlaşdırır.

Kurçanu deyir ki, “Kvant nəzəriyyəsinin istənilən mümkün genişləndirilməsi Pauli istisna prinsipini fövqəladə dəqiqliklə təkrarlamalıdır. Nəticəmiz ortaya çıxa biləcək yeni fizika növünü əhəmiyyətli dərəcədə daraldır, eyni zamanda növbəti nəsil daha həssas təcrübələrə istiqamət verir.”

Əgər kvant mexanikasının əsasını daha dərin qanunlar təşkil edirsə, onlar olduqca yüksək dəqiqlik səviyyəsində Pauli istisna prinsipi ilə uyğun olmalıdır. VIP-2 təcrübəsi bu təməl qaydanı sistematik şəkildə sınaqdan keçirməkdə mühüm bir addımdır.

Kurçanu əlavə edir ki, “Bu iş FQxI-nin fizikanın ən dərin təməllərini araşdırmaq öhdəliyi sayəsində mümkün olub. Onların dəstəyi bizə kvant nəzəriyyəsinin hüdudlarını sınamağa yönəlmiş tələbkar bir təcrübə aparmağa imkan verdi.”

Bu nəticələrə əsaslanaraq, növbəti nəsil VIP-3 təcrübəsi bu cür testlərin həssaslığını daha da artıracaq, mümkün sapmaların axtarışını davam etdirəcək və kvant dünyası haqqında anlayışımızı daha da artıracaq.

Nəşr detalları

Alessio Porcelli və digərləri, VIP-2 ölçmələri ilə parastatistik Quon modelinə ən güclü məhdudiyyət, Elmi Hesabatlar (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-25444-z

Jurnal məlumatları: Elmi Hesabatlar 

Əsas anlayışlar

Atom və molekulyar quruluşHipotetik hissəciklər fizikası modelləriKvant korrelyasiyaları, təməlləri və formalizmAtom sistemləriZərrəciklər fizikası

Təməl Suallar İnstitutu, FQXi tərəfindən təmin edilib