Kainatın ən kiçik tikinti bloklarından birinin çəki ölçmə problemi var və Aşutosh Kotval bunun dibinə varmağa qərarlıdır.

Təxminən 30 ildir ki, Dyuk fizikası W bozonu adlanan əsas hissəciyin kütləsini tapmaq üçün dünya miqyasında səy göstərmişdir.

Günəşin yanmasına və yeni elementlərin əmələ gəlməsinə imkan verən qüvvə daşıyan hissəcikdir , buna görə də olduqca vacibdir. O olmasaydı, bütün kainat qaranlıqda olardı.

Lakin son illərdə W bozonu fizika dünyasında çatların mənbəyi olmuşdur. Bunun səbəbi, onun kütləsinin bu günə qədər olan iki ən dəqiq ölçülərinin – mahiyyət etibarilə nə qədər maddənin və ya hissəciyin tərkibində olan “əşyaların” bir-birinə uyğun gəlməməsidir.

Təhlükə altında olan şey, karnaval çəkisini təxmin etmə oyununun atomaltı versiyasından daha çox şeydir. Məsələ ondadır ki, bizim təbiət qanunları haqqında anlayışımızı yenidən yazmağa ehtiyac varmı?

İndi, bir sıra yeni tədqiqatların birincisində, Kotval bu ölçmə probleminin arxasında nə ola biləcəyini və onu necə həll edəcəyini araşdırır .

Böyük ölçülü ya yox?

Hər şey bir neçə il əvvəl, Kotval dedi ki, o və Çikaqo yaxınlığındakı Fermi Milli Sürətləndirici Laboratoriyasından alınan məlumatları süzən fiziklər qrupu maraqlı bir sürprizlə qarşılaşdıqda.

Onların bir vaxtlar dünyanın ən güclü hissəcik sürətləndiricisi tərəfindən istehsal edilən təxminən 4 milyon Vt bozona əsaslanan CDF təcrübəsinin təhlili , hissəciklərin hissəciklər fizikasının ən mühüm nəzəriyyəsi tərəfindən proqnozlaşdırılandan əhəmiyyətli dərəcədə daha ağır olduğunu göstərdi.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1739868502&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-02-boson-conundrum.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xOTciLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90IEEoQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMi4wLjY4MzQuMTk3Il0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xOTciXV0sMF0.&dt=1739868500066&bpp=1&bdt=114&idt=62&shv=r20250211&mjsv=m202502130101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739868495%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739868495%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739868495%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C1903x945&nras=2&correlator=3400700011739&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=2022&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95350549%2C95352068%2C31090357%2C95347432%2C95350015&oid=2&pvsid=307201896006364&tmod=855259264&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage3.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=2591

Fiziklər atomaltı hissəciklərin kütləsini elektron volt və ya eV adlanan vahidlərlə ölçürlər. Nəzəriyyəyə görə, W bozonunun kütləsi 80,357 milyon eV-ə çox yaxın və ya protonun kütləsindən təxminən 80 dəfə çox olmalıdır.

Lakin komandanın ölçməsi – 10 il çəkdi və W bozonu üçün indiyə qədər edilən ən dəqiq kütlə ölçməsi idi – 77 milyon eV daha ağır və yalnız 0,01% səhv fərqi ilə gəldi. Bu, təsadüf kimi yazılmayacaq qədər böyük bir uyğunsuzluq idi.

Tapıntılar hissəciklərin ətrafımızdakı dünyanı yaratmaq üçün necə birləşdiyini və qarşılıqlı əlaqədə olduğunu ən yaxşı izah edən hissəciklər fizikasının Standart Modelində çatların yaranma ehtimalını artırdı.

Lakin keçən il CERN-də tədqiqatçılar tərəfindən açıqlanan və demək olar ki, dəqiqliklə həyata keçirilən sonrakı ölçmə W bozonunu daha zəhmli işıqda göstərdi.

Nəticə, İsveçrədəki CERN-in Böyük Adron Kollayderində CMS təcrübəsinin ilk W kütləsinin ölçülməsi qeyri-adi və ya qeyri-adi bir şey tapmadı. Əksinə, bu komanda fiziklərin standart modelinin proqnozlaşdırdığı kütləyə tam olaraq bağlanmışdı.

Başqa sözlə desək, belə – puf – anomaliya getdi.

İki təcrübə arasındakı uyğunsuzluq bir və ya hər iki komandanın nəyisə qaçırdığını göstərir.

Onun sözlərinə görə, “texnikalarımızdan birində potensial qüsurun gizlədilməsi” və ya komandalardan birinin hansısa səhv mənbəyini gözdən qaçırması mümkündür.

O vaxtdan bəri, Kotval iki qrupun niyə belə fərqli cavablara gəldiyini izah etmək üçün təhlillərinin hər tərəfini ayıraraq uyğunsuzluğun köklərini başa düşməyə çalışır.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

Bozonu necə çəkmək olar

Problemin bir hissəsi odur ki, bunu etmək çox çətin bir ölçmədir.

W bozonu 1983-cü ildə kəşf edildikdən sonra müxtəlif detektorlardan istifadə edən elm adamları qrupları onun kütləsini ölçmək üçün bir neçə dəfə cəhd ediblər. Amma bunu sadəcə tərəziyə qoyub çəkinə bilməzlər.

Birincisi, çox qısa ömürlüdür. W bozonları, Fermilabdakı Tevatron kimi güclü hissəcik toqquşdurucularının içərisində təxminən işıq sürətində hissəciklərin şüalarını bir-birinə vurmaqla hazırlanır.

Lakin bu toqquşmalar nəticəsində tüpürcək W bozonları əmələ gələn kimi parçalanır və parçalanmadan əvvəl saniyənin trilyonda bir trilyonda birindən az müddətdə hissəcik toqquşdurucularında görünür.

Beləliklə, elm adamları W bozonunu dolayısı ilə ölçməli, çürüyən bozonların əmələ gətirdiyi hissəciklərin leysanlarını tədqiq edərək kütləsini çıxarmalıdırlar.

Kotvalın sözlərinə görə, kütlənin ölçülməsini düzgün əldə etmək üçün tədqiqatçılar əvvəlcə detektor tərəfindən görünən bu uçan zibil hissəciklərinin enerjilərini və momentlərini diqqətlə ölçməlidirlər.

Onların kinetik enerjisini ölçməklə – mahiyyətcə uçarkən nə qədər “oomf” var – tədqiqatçılar W bozonunun kütləsini təyin etmək üçün enerji və impulsun qorunması qanunlarından istifadə edərək geriyə doğru işləyə bilirlər.

Physical Review Research -də nəşr olunan yeni araşdırmada Kotval bu hesablamaları sınaqdan keçirir.

Uçuş yolları

Fermilab komandasının kütləsinin ölçülməsi 2002-2011-ci illər arasında Tevatron adlı hissəcik toqquşdurucuda istehsal olunan 4,2 milyon Vt bozonun təhlilinə əsaslanır.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=809300024&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1739868535&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-02-boson-conundrum.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xOTciLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90IEEoQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMi4wLjY4MzQuMTk3Il0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xOTciXV0sMF0.&dt=1739868500067&bpp=1&bdt=115&idt=64&shv=r20250211&mjsv=m202502130101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739868495%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739868495%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739868495%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C1903x945%2C750x188%2C1005x124&nras=3&correlator=3400700011739&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=5&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=4297&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=524&eid=95350549%2C95352068%2C31090357%2C95347432%2C95350015&oid=2&psts=AOrYGslUoC2-dVOtxIUO0FkVACWHyc27g1Mk0Kr1vyxHl6r-89qZtC9jXj2Nt_i3ubzn2brjuP68JqudcEU46G5X9jzYhzDfgsOloeIWa9tYM3SF3k5ulw&pvsid=307201896006364&tmod=855259264&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage3.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=35406

Onların eksperimentinin əsas hissəsi 30,240 yüksək gərginlikli naqillə dolu qutu formalı kameradır ki, hər bir parçalanma hissəciyinin toqquşma nöqtəsindən xaricə doğru vızıldayan 96 fərqli nöqtədə 3D mövqeyini qeyd edir və müəyyən edir.

Lakin hissəciklər düz xətlərdə hərəkət etmir. Onlar kameranın maqnit sahəsi ətrafında proqnozlaşdırıla bilən bir yolda əyilərkən qövs izləyirlər.

CDF alimləri geridə qoyduqları siqnallar seriyasından mahiyyətcə əyri çəkərək, hər bir hissəciyin impulsunu və digər xüsusiyyətlərini çox dəqiq müəyyən edə bilirlər.

“Bu, uşaq vaxtı oynadığımız nöqtələri birləşdirən oyuna çox bənzəyir” dedi Kotval.

Kotval deyir ki, komanda dörd il ərzində on minlərlə naqilin hər birinin yerini metrin milyonda birinə qədər dəqiq müəyyən etmək üçün mürəkkəb alqoritmlərdən istifadə edərək, hər bir hissəciyin trayektoriyasını incə dəqiqliklə yenidən qura bilməsini təmin etmək üçün vaxt sərf edib.

Kotvalın sözlərinə görə, hələ də mümkündür, bu uçuş yolunu izləməkdə bəzi səhvlər onları atmaq ola bilər.

“Bəs naqillər bizim düşündüyümüz yerdə olmasaydı və biz bunun fərqinə varmasaydıq?” Kotval bildirib. “Təxmin edək ki, məftil kamerası müəyyən bir şəkildə sıxılmış və ya əyilmişdir, onda bütün naqil mövqeləri bir qədər kənara çıxacaq.”

Beləliklə, Kotwal nəticələrini şübhə altına ala biləcək bütün mümkün incə tel səhvlərini araşdırdı.

Bu ay dərc edilən daxili auditin ilk nəticələrində o, tapıntıları bildirdi.

“Bütün mümkün dəyişikliklər yoxlanıldı və əhəmiyyət kəsb etmək üçün çox kiçik olduğu aşkar edildi” dedi Kotval. Kameranın içərisindəki naqillərdə kiçik mümkün sürüşmələri nəzərə alsaq belə, bir hissəciyin kinetik enerjisi hələ də milyonda 25 hissə dəqiqliyi ilə ölçülə bilər.

“Bu baxımdan, CDF ölçüləri yoxlayır” dedi Kotval.

O, əlavə edib ki, iki təcrübə arasındakı uçurumun səbəbini müəyyən etmək üçün görüləcək daha çox iş var.

Ancaq məqsəd pərdəni geri çəkməkdir ki, hər addım çılpaq olsun və digər tədqiqatçılar cavablarına necə gəldiklərini görə bilsinlər.

“Təbiətin əsas parametrinin arxasınca getdiyiniz zaman, üsullar qeyri-şəffaf ola bilməz. Onlar tam şəffaf olmalıdır” dedi Kotval.

Kotval deyir ki, digər təcrübələrin də eyni nəticə verəcəyinə ümid edir.

Nəyi səhv etdiyimizi anlamaq onu düzəltməyin açarıdır, deyə o əlavə etdi.

“Burada bir şeyi gözdən qaçırsaq nə olacaq? Yoxlamaq bizim borcumuzdur” deyən o, yeni fizikaya ümidlər üçün işin bağlandığını elan etməyin hələ tez olduğunu vurğuladı.

“Hamımızın etməli olduğumuz şey, hansısa nəticəyə tələsmək deyil, hansı metodların doğru və hansı üsulların yanlış olduğunu araşdırmaq və anlamaqdır.

“Alimlər bunu belə etməlidir, elə deyilmi?”

Daha çox məlumat: Ashutosh Vijay Kotwal, CDF II sürüşmə kamerasının əyrilik reaksiyası modeli, Fiziki Baxış Araşdırması (2025). DOI: 10.1103/PhysRevResearch.7.013128

Jurnal məlumatı: Physical Review Research 

Duke Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir