Bir parçacık bozunumunun ölçümündeki tutarsızlık yeni fizik umutlarını artırmıştı.
Dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndan (LHC) bir zamanlar yeni fiziğe dair umut veren bir ipucu, fizikçilerin büyük bir keşif için en iyi umutlarından birini söndürerek eriyip gitti.
Görünürdeki anormallik, elektronların ve onların daha kütleli kuzenleri olan müonların belirli parçacıkların bozunmasından kaynaklanan davranışlarındaki beklenmedik bir farklılıktı.
Ancak Avrupa’nın parçacık fiziği laboratuarı olan ve İsviçre’nin Cenevre kenti yakınlarındaki LHC’ye ev sahipliği yapan CERN’deki LHCb deneyinden elde edilen son sonuçlar, elektron ve müonların her şeye rağmen aynı oranda üretildiğini gösteriyor.
İsviçre’deki Zürih Üniversitesi’nde deneysel parçacık fizikçisi olan ve ayrı bir LHC deneyinin kıdemli üyesi Florencia Canelli, “İlk izlenimim analizin öncekinden çok daha sağlam olduğu yönünde” diyor. Canelli, bir dizi şaşırtıcı inceliğin nasıl bir araya gelerek görünürde bir anomali yarattığını ortaya çıkardığını söylüyor.
Lozan’daki İsviçre Federal Politeknik Enstitüsü’nde (EPFL) LHCb fizikçisi olan Renato Quagliani, sonuçları 20 Aralık’ta CERN’de, 700’den fazla izleyicinin çevrimiçi olarak da ilgisini çeken bir seminerde bildirdi. LHCb işbirliği ayrıca arXiv deposunda iki ön baskı yayınladı1,2.
LHCb ilk olarak 2014 yılında müon ve elektron üretiminde zayıf bir tutarsızlık olduğunu rapor etmişti. Proton çarpışmaları B mezonları adı verilen büyük parçacıklar ürettiğinde, bunlar hızla bozunuyordu. En sık görülen bozunma modeli, kaon adı verilen başka bir mezon türünün yanı sıra parçacık çiftleri ve bunların antiparçacıklarını – ya bir elektron ve bir pozitron ya da bir müon ve bir antimüon – üretti. Standart model, iki tür çiftin kabaca aynı sıklıkta meydana gelmesi gerektiğini öngörüyordu, ancak LHCb verileri elektron-pozitron çiftlerinin daha sık meydana geldiğini gösterdi.
Parçacık fiziği deneyleri sıklıkla standart modelden biraz sapan sonuçlar üretir, ancak deneyler daha fazla veri topladıkça bunların istatistiksel hatalar olduğu ortaya çıkar. Bunun yerine, sonraki yıllarda, B-mezon anomalisi daha belirgin hale gelmiş ve 3 sigma olarak bilinen bir güven düzeyine ulaşmış gibi görünüyordu – ancak yine de bir keşif olduğunu iddia etmek için gereken anlamlılık düzeyine, yani 5 sigmaya ulaşmamıştı. B mezonları üzerinde yapılan bir dizi ilgili ölçüm de parçacık fiziğinin standart modeline dayanan teorik tahminlerden sapmalar olduğunu ortaya koydu.
En son sonuçlar, B mezon bozunumlarının önceki LHCb ölçümlerinden daha fazla veri ve ayrıca olası karıştırıcı faktörlerin daha kapsamlı bir çalışmasını içeriyordu. İngiltere’deki Manchester Üniversitesi’nde fizikçi olan LHCb sözcüsü Chris Parkes, kaonları içeren önceki ölçümlerdeki belirgin tutarsızlıkların kısmen diğer bazı parçacıkların elektron olarak yanlış tanımlanmasının bir sonucu olduğunu söylüyor. LHC deneyleri müonları yakalamakta başarılı olsa da elektronları tespit etmek onlar için daha zordur.
Sonuç, anomalileri açıklayabilecek modeller bulmak için zaman harcayan birçok teorisyeni hayal kırıklığına uğratacak gibi görünüyor. “Eminim insanlar standart modelde bir çatlak bulmamızı isterlerdi” diyor Parkes, ancak sonuçta “elinizdeki verilerle en iyi analizi yaparsınız ve doğanın size ne verdiğini görürsünüz” diyor. “Bilim gerçekten böyle işliyor.”
CERN’deki konuşmaya katılan Zürih Üniversitesi’nden teorik fizikçi Gino Isidori, aylardır söylenmesine rağmen son sonucun sürpriz olduğunu, çünkü birbiriyle ilişkili anomalilerden tutarlı bir resim ortaya çıktığını söylüyor. Bu, B mezonlarının bozunumlarını etkileyebilecek daha önce görülmemiş temel parçacıkların varlığına işaret edebilirdi. Isidori, LHCb işbirliğini önceki analizlerinde sorunlar olduğunu kabul ederek “dürüst” davrandıkları için takdir ediyor, ancak işbirliğinin bunları bulmasının bu kadar uzun sürmesinden üzüntü duyduğunu söylüyor.
Öte yandan Isidori, kaon içermeyen B-mezon bozunumları da dahil olmak üzere diğer bazı anomalilerin hala gerçek olabileceğini de sözlerine ekliyor. “Her şey kaybolmuş değil.” Londra Queen Mary Üniversitesi’nde bir başka LHC deneyinin parçası olan deneysel fizikçi Marcella Bona da aynı fikirde. “Görünüşe göre teorisyenler şimdiden kendilerini nasıl teselli edeceklerini ve yeniden nasıl odaklanacaklarını düşünüyorlar.”
Yeni fiziğe dair geriye kalan umut verici ipuçları arasında, Nisan ayında açıklanan ve W bozonu adı verilen bir parçacığın kütlesinin beklenenden daha büyük olduğunu gösteren bir ölçüm de yer alıyor. Ancak yine müonlarla ilgili ayrı bir anormallik de ortadan kalkıyor olabilir. Müonun manyetik momenti standart modelin öngördüğünden daha güçlü görünmekteydi, ancak son teorik hesaplamalar bunun böyle olmadığını gösteriyor. Bunun yerine, tutarsızlık standart modelin tahminlerinin yanlış hesaplanmasından kaynaklanmış olabilir.
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-04545-z
Kaynak: https://www.nature.com/articles/d41586-022-04545-z
Bu yazı Astrafizik.com tarafından Türkçeye aktarılmış olup yazının aslı nature.com sitesine aittir, orijinaline mümkün olduğunca sadık kalmak koşuluyla dilimize çevirilmis olsa da editoryal tarafından katkılarda bulunulmuştur. Bu sebeple Astrafizik.com içerik izinlerine tabidir. Astrafizik.com referans gösterilmek koşuluyla 3. tarafların kullanımına izin verilmiştir.
