Standart model 1970’lerin başlarında atom altı parçacıklar ya da temel parçacıklar dediğimiz parçacıkların birbirleriyle etkileşimlerini ve üç temel kuvvet ile etkileşimlerini açıklayan bir kuram olarak geliştirilmiştir [1].
Temel parçacıklar, madde parçacıkları (fermiyonlar) ve kuvvet parçacıkları (bozonlar) olarak iki sınıfa ayrılırlar. Altı tane kuvvet parçacığı vardır: Foton, gluon, W pozitif, W negatif, Z sıfır ve graviton. Madde parçacıkları ise kuarklar ve leptonlar olarak iki sınıfa ayrılırlar. Altı adet kuark vardır ve üç çifte ayrılır: Yukarı-aşağı, sevimli-tuhaf, üst-alt. Leptonlar da altı tanedir ve üç çifte ayrılırlar. En hafifleri elektrondur ve elektronun yüksüz eşi elektron-nötrinodur. Elektronun daha ağır örnekleri olarak bilinen diğer nötrino çiftleri, müon ve müon-nötrino ile tau ve tau-nötrinodur. Her bir madde parçacığının da kendisiyle aynı kütleye ama zıt yüke sahip bir anti parçacığı vardır. Örneğin elektronun anti parçacığı pozitrondur. Buraya kadar 6 tane kuvvet parçacığı ve 24 tane madde parçacığı (anti parçacıklarıyla beraber) ile birlikte 30 tane temel parçacıktan bahsettik. Bir de 50 yıl önce Peter Higgs tarafından var olduğu tahmin edilen ve 2012’de CERN’DE keşfedilen higgs parçacığı var. (Tanrı parçacığı veya higgs bozonu olarak da bilinir.) Böylece 31 tane temel parçacık vardır [4].
Standart model yıllar içinde birçok deneyle test edilmiş ve bu testleri başarıyla geçmiştir. Ama bugün halen fizikçilerin standart model ile açıklayamadığı noktalar var. Teori, yerçekimini göz ardı ederek dört temel kuvvetten sadece üçünü içeriyor. “ Karanlık madde nedir?” veya “ Büyük patlamadan sonra anti maddeye ne oldu? ”, “Neden bu kadar farklı kütle ölçeğine sahip üç kuşak kuark ve lepton var?” gibi sorular açıklanmayı bekliyor [1]. İşte bu yüzden yapılan deneylerde elde edilen standart model’den sapmalar yeni bir fiziğe işaret edebileceği için oldukça heyecan vericidir.
7 Nisan’da Amerika’daki parçacık fiziği ve hızlandırıcı laboratuvarı Fermilab, Müon g-2 deneyinin ilk sonuçlarını yayımladı. Müon g-2 deneycileri bir manyetik alana maruz kalan müonların hareketini inceler. Ana hedef devinim oranını deneysel olarak milyonda 0.14 hassasiyetle ölçerek standart modelin bu değere ilişkin tahminlerini test etmektir [6]. İlk sonuçlara göre müonların standart model hesaplamasından saptığına dair bulgular gözlemlenmiş.
Müon için kabul edilen teorik değerler [5]:
- g-faktörü: 2.00233183620(86)
- anormal manyetik moment: 0.00116591810(43)
[belirsizlik parantez içinde]
Müon g-2 işbirliği tarafından açıklanan yeni deneysel dünya ortalaması sonuçları [5]:
- g-faktörü: 2.00233184122(82)
- anormal manyetik moment: 0.00116592061(41)
Teorik değerler ve deneysel sonuçlar birbirine çok yakın gözüküyor ancak virgülden sonraki sekizinci basamaktaki farklılık fizikçileri oldukça heyecanlandırdı. Çünkü teorik ve deneysel sonuçlar uyuşmuyorsa teorinin yenilenmesi gerekebilir. Bu sonuçların istatistiksel önemi 4.2 sigma yani sonuçların istatistiksel bir dalgalanma olasılığı 40.000’de [1]. Parçacık fizikçileri bu tarz sonuçları kanıt olarak nitelendiriyorlar ancak gerçek bir olayı kanıtlamak için daha güçlü verilere ihtiyaç duyulmaktadır [7]. Sonuçların keşif sayılabilmesi için gereken değer ise 5 sigmadır [5].
Bu sonuçların ilan edilmesinden kısa bir süre önce, 23 Mart’ta CERN’deki LHC-b deneyinde eğer doğrulanırsa standart modelin ihlal edildiğine dair ipuçları veren yeni sonuçlar duyurulmuştu. Sonuçlar lepton evrenselliğinin potansiyel ihlaline odaklanıyor. Standart modele göre bozunmalardan elde edilen elektron ve müonların oranı birbirine çok yakın olmalıdır. Ancak yeni sonuçlara göre Beauty (güzellik) kuarkları bozunurken oluşan elektron sayısının daha fazla olduğu gözlemlenmiş. Bu sonuçların istatistiksel önemi ise 3.1 sigma olarak açıklandı. Keşif sayılabilmesi için gereken 5 sigmadan düşük bir değer yine [2].
Bu gelişmeler standart modelin dışına çıkan ilk gelişmeler değil. Macaristanlı fizikçiler, 2015 yılında yaptıkları deneyler sonucunda doğada beşinci bir kuvvetin var olabileceğini düşündüklerini duyurmuştu [3].
Doğadaki dört temel kuvvet kütleçekim, elektromanyetik, güçlü çekirdek kuvveti ve zayıf çekirdek kuvvetidir. Her kuvvetin taşıyıcısı olan bir kuvvet parçacığı (bozonlar) vardır. Foton elektromanyetik kuvvetten, gluon güçlü çekirdek kuvvetinden sorumludur. Zayıf çekirdek kuvvetinden ise W pozitif, W negatif ve Z sıfır bozonları sorumludur. Graviton, henüz gözlemlenememiş olmasına rağmen, kütleçekiminden sorumlu olduğu düşünülmektedir 1. Eğer beşinci bir kuvvet varsa onunda taşıyıcısı olması gerekir [1].
2015 yılında Attila Krasnahorkay ve ekibi, 8Be (berilyum-8) ’i oluşturan izotop 7Li (lityum-7) ’nin protonlarla bombardımanı sonucunda oluşan bozunmanın tam olarak beklenen ışık emisyonları oluşturmadığını gördüler[3]. Ve açıklanamayan bir nedenle oluşan elektron ve pozitron çiftleri 140°’lik açıyla birbirlerinden uzaklaşıyorlardı [3]. Ekip daha sonra He çekirdeğindeki bir değişikliğe odaklandı ve benzer şekilde elektron ve pozitron çiftlerinin bu sefer yaklaşık olarak 115° ile bir birlerinden uzaklaştıklarını gözlemlediler [8]. He çekirdeğinin 17 MeV’un (megaelektronvolt) hemen altında bir kütleye sahip ve kısa ömürlü bir bozon üretebileceğini hesapladılar ve standart modelde yer almayan bu parçacığa X17 adını verdiler [8]. Eğer böyle bir bozonun varlığı doğrulanırsa, fizikteki en büyük gizemi oluşturan karanlık madde ile arasında bağlantı kurulabileceği düşünüldüğünden önemli bir gelişmeydi.
Dediğimiz gibi bu tür gelişmeler yeni bir fiziğe işaret edebildiği için oldukça heyecan verici. Ancak daha birçok çalışma ve tekrarlanan deneylerle doğrulanmaları gerekir.
Kaynaklar:
- CERN (2021), The Standart Model, Alınma Tarihi: 21/07/2021 https://home.cern/science/physics/standard-model
- CERN (2021), Intriguing new result from the LHCb experiment at CERN, Alınma Tarihi: 21/07/2021 https://home.cern/news/news/physics/intriguing-new-result-lhcb-experiment-cern
- Cockburn H. (2019), Scientists may have discovered fifth force of nature, laboratory announces, Alınma Tarihi:25/07/2021 https://www.independent.co.uk/news/science/dark-matter-particle-hungary-atomki-nuclear-research-force-nature-a9210741.html?
- Evrim Ağacı (2015), Parçacık Fiziği: Standart Model Nedir? Temel Parçacıklar Nelerdir?, Alınma Tarihi: 21/07/2021 https://evrimagaci.org/parcacik-fizigi-standart-model-nedir-temel-parcaciklar-nelerdir-3733#
- Fermilab (2021), First results from Fermilab’s Muon g-2 experiment strengthen evidence of new physics, Alınma Tarihi: 21/07/2021 https://news.fnal.gov/2021/04/first-results-from-fermilabs-muon-g-2-experiment-strengthen-evidence-of-new-physics/
- Fermilab (2021), Müon g-2, Alınma Tarihi: 21/07/2021 https://muon-g-2.fnal.gov/
- İpek Ş. (2021), Lepton evrenselliği ve standart modeli test etmek, Alınma Tarihi: 25/07/2021 https://www.birgun.net/haber/lepton-evrenselligi-ve-standart-modeli-test-etmek-339982
- Mcrae M. (2019), Physicists Claim They’ve Found Even More Evidence of a New Force of Nature, AlınmaTarihi: 25/07/2021 https://www.sciencealert.com/physicists-claim-a-they-ve-found-even-more-evidence-of-a-new-force-of-nature/amp
Denetleyen; Oğuzhan UĞUZ