Müonlar: Standart Modele Aykırı Olabilir

 Müonlar: Standart Modele Aykırı Olabilir

Müon, parçacık fiziğinin Standart Modelinde açıklandığı gibi, evrenin en temel yapı taşları olan temel atom altı parçacıklardan biridir. Müonlar elektronlara benzer ancak 207 kat daha ağırdır. Müon, lepton grubunun bir parçasıdır. Leptonlar bir tür temel parçacıktır. Diğer leptonlar gibi, müon da evrendeki dört temel kuvvetten yalnızca üçünden etkilenir. Dünyaya çarpan müonlar, Dünya atmosferindeki parçacıkların kozmik ışınlarla (yüksek enerjili protonlar ve ışık hızının hemen altında uzayda hareket eden atom çekirdeği) çarpışmasından kaynaklanır. Müonlar, bir elektrona ve iki tür nötrinoya bozunmadan önce yalnızca 2,2 mikrosaniye var olur. Bununla birlikte, müonlar neredeyse ışık hızında hareket ettikleri için çürümeden önce çok uzaklara giderler. Atmosferde yaratılan müonlar, sürekli olarak Dünya yüzeyinin her santimetresine çarpar ve neredeyse her maddeden geçerler. Dünya yüzeyinin çok altına (potansiyel olarak bir milden fazla) nüfuz edene kadar durmazlar.

Müonun bazı faydalanıldığı alanlar da mevcuttur;

Müonlar, tehlikeli nükleer materyalin tespit edilmesine ve hasarlı nükleer santrallerin tespit edilmesine yardımcı olabilir.

Müonlar bazı nötrino ve karanlık madde deneyleri de dahil olmak üzere aşırı duyarlı detektörler, atmosferik müonların etkisini en aza indirmek için yerin derinliklerine yerleştirilebilir.

Müonlar, tehlikeli nükleer materyalin tespit edilmesine ve hasarlı nükleer santrallerin tespit edilmesine yardımcı olabilir.

Bilim adamları, Mısır’daki piramitler gibi büyük, yoğun nesnelerin içine bakmak için müonları arkeolojik amaçlarla da  kullanıyorlar.

 Standart Model Nedir? 

Standart Model, temel parçacıkları ve bunların etkileşmesinde önemli olan 3 kuvveti açıklayan bir dizi matematiksel formül ve ölçümdür. Fermiyon ve bozonları kategorize eder. Sözü geçen üç temel kuvvet; elektromanyetik kuvvet, zayıf nükleer kuvvet (elektro-zayıf kuvvet) ve güçlü nükleer kuvvettir. Bu teori karanlık maddeyi ve madde-antimadde orantısızlığını açıklayamaz. Ancak model şu an parçacık fiziğinin temellerini kapsayan en doğru teoridir.

Madde Parçacıkları:

Çevremizdeki tüm madde, maddenin yapı taşları olan temel parçacıklardan oluşur. Bu parçacıklar, kuarklar ve leptonlar olarak adlandırılan iki temel türde oluşur. Her grup, çiftler halinde veya “nesiller” ile ilişkili altı parçacıktan oluşur. En hafif ve en kararlı parçacıklar birinci nesli oluştururken, daha ağır ve daha az kararlı parçacıklar ikinci ve üçüncü kuşaklara aittir. Evrendeki tüm sabit maddeler, birinci nesle ait parçacıklardan yapılmıştır; daha ağır parçacıklar hızla daha kararlı olanlara bozunur. “yukarı kuark” ve “aşağı kuark” ilk nesli oluşturur, ardından “cazibe kuarkı” ve “garip kuark”, ardından “üst kuark” ve “alt kuark” (veya güzellik ) kuarkı”gelir.

Altı lepton da benzer şekilde üç kuşakta düzenlenmiştir – “elektron” ve “elektron nötrinosu”, “müon” ve “müon nötrinosu” , “tau” ve “tau nötrinosu”. Elektron, müon ve tau’nun tümü bir elektrik yüküne ve oldukça büyük bir kütleye sahipken, nötrinolar elektriksel olarak nötrdür ve çok az kütleye sahiptir.

Kuvvetler Ve Taşıyıcı Parçacıklar:

Evrende işleyen dört temel kuvvet vardır: güçlü kuvvet, zayıf kuvvet, elektromanyetik kuvvet ve yerçekimi kuvveti. Farklı aralıklarda çalışırlar ve farklı güçlere sahiptirler. Temel kuvvetlerin üçü, “bozonlar” adı verilen daha geniş bir gruba ait olan kuvvet taşıyıcı parçacıkların değişiminden kaynaklanır. Madde parçacıkları birbirleriyle bozon alışverişi yaparak ayrı miktarlarda enerji aktarırlar. Her temel kuvvetin kendine ait bir bozonu vardır – güçlü kuvvet “gluon” tarafından taşınır, elektromanyetik kuvvet “foton” tarafından taşınır ve “W ve Z bozonları” zayıf kuvvetten sorumludur. Standart Model, elektromanyetik, güçlü ve zayıf kuvvetleri ve bunların tüm taşıyıcı parçacıklarını içerir ve bu kuvvetlerin tüm madde parçacıklarına nasıl etki ettiğini iyi açıklar. En tanıdık kuvvet olan yerçekimi, Standart Model’e dahil değildir.  Ama neyse ki parçacık fiziği için, parçacıkların küçük ölçeği söz konusu olduğunda, yerçekiminin etkisi göz ardı edilebilecek kadar zayıftır.

 

Temel Parçacıkların Sınıflandırılması

 

Müon g-2 Deneyi 

200’den fazla bilim insanından oluşan Fermilab ekibinin bildirdiğine göre, fizikçiler on yıllardır küçük bir çubuk mıknatıs gibi davranan elektronun daha ağır, kararsız kuzeni olan müonun manyetizmasını ölçtüler.  Müonları, küçük pusula iğneleri gibi yatay olarak dönmelerini sağlayan dikey bir manyetik alana yerleştirirler. Müonların dönme sıklığı, onların ne kadar manyetik olduklarını ortaya çıkarır, bu da prensipte yeni parçacıklara işaret edebilir, hatta Avrupa’nın Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi bir atom parçalayıcıda patlatılamayacak kadar büyük olanları bile gösterebilir.  Yeni ölçümler, müon adı verilen hızlı bir atom altı parçacığın teorinin tahmin ettiğinden biraz daha manyetik olabileceğini doğruladı.   Bu küçük anormallik – 1 milyarda sadece 2,5 parça – atom parçalayıcılarında gördükleri hemen hemen her şeyi uzun zamandır açıklayan ve onları çözecekleri yeni bir şey için çalkalayan parçacık fizikçilerinin yaygın teorisi olan standart model için bir tehdittir.

Deney, yirmi sene önce  DOE  Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’nda yapılmıştı ve müonun davranışının Standart Model ile uyuşmadığına dair ipuçları vermişti. Fermilab’daki Muon g-2 deneyinden gelen yeni ölçüm, Brookhaven’da bulunan değerle büyük ölçüde uyumludur ve bugüne kadarki en hassas ölçümle teoriden sapmaktadır. Fermilab fizikçisi ve g-2 ekibinin eş sözcüsü Chris Polly:  “Bu uyum, eski sonucun ne istatistiksel bir şans olduğunu ne de deneydeki tespit edilemeyen bir kusurun ürünü olmadığını gösteriyor.”dedi.

Yeni ve eski sonuçlar birlikte, standart model tahminiyle olan uyuşmazlığı deneysel ve teorik hataların 4,2 katına çıkarıyor. Kesin bir keşfi iddia etmek için bu hâlâ yeterli olmasa da Oregon Üniversitesi’nden teorisyen Graham Kribs, müonun manyetizmasının neredeyse tekil bir bulmaca olarak kaldığını söylüyor. Müon gerçekten yeni bir şeylerin varlığına işaret ediyor olabilir.

 

Kaynaklar:

Berna Gunduz

İlginizi Çekebilir

Cevap yaz

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir