Bilim insanları doğadaki 5'inci temel kuvveti bulmaya 'yakın'

Pallab Ghosh | BBC Bilim Muhabiri

ABD'nin Chicago kenti yakınlarındaki bilim insanları, yeni bir doğa kuvvetinin varlığını keşfetmeye yakın olabileceklerini belirtiyor. Kanıtlanması halinde, evrendeki tüm nesnelerin ve parçacıkların birbirleriyle etkileşime girme şeklini belirleyen beşinci temel kuvvet bulunmuş olacak.

Araştırmacılar, müon adı verilen atom altı parçacıkların mevcut atom altı fizik teorisinin öngördüğü şekilde davranmadığını gösteren yeni kanıtlar elde etti.

Bilim insanları müonlar üzerinde bilinmeyen bir kuvvetin etkili olabileceğine inanıyor.

Bu sonuçları doğrulamak için daha fazla veriye ihtiyaç var, ancak doğrulanmaları halinde fizikte bir devrimin başlangıcı olabilir.

Günlük yaşantımızda sürekli deneyimlediğimiz tüm kuvvetler şu an dört kategoriye indirgenebilir: yerçekimi, elektromanyetizm, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet. Bu dört temel kuvvet, evrendeki tüm nesnelerin ve parçacıkların birbirleriyle etkileşime girme şeklini belirler.

Yeni bulgular Fermilab adlı bir ABD parçacık hızlandırıcı tesisinde elde edildi ve Fermilab ekibinin ilk kez 2021 yılında beşinci bir doğa kuvveti olasılığını öne sürdüğü sonuçların üzerine inşa edildi.

Fermilab'da kıdemli bir bilim insanı olan Dr. Brendan Casey'e göre, araştırma ekibi o tarihten beri daha fazla veri topladı ve ölçümlerinin belirsizliğini oldukça azaltmış oldu.

Casey, "Gerçekten yeni bir bölgeyi araştırıyoruz. (Ölçümleri) daha önce hiç görülmediği kadar iyi bir hassasiyetle yapıyoruz" diyor.

'g eksi iki (g-2)' gibi akılda kalıcı bir adı olan deneyde araştırmacılar müon adı verilen atom altı parçacıkları 15 metre çapındaki bir halkanın etrafında hızlandırarak neredeyse ışık hızında yaklaşık bin kez dolaştırıyor.

Araştırmacılar, müonların yeni bir doğa gücünün etkisi nedeniyle Standart Model olarak adlandırılan mevcut teori ile açıklanamayacak şekilde davranıyor olabileceklerine dair veriler elde etti.

Veriler güçlü olsa da Fermilab ekibi henüz kesin bir kanıta sahip değil.

Şimdiye kadar bunu elde etmeyi umuyorlardı, ancak teorik fizikteki gelişmeler nedeniyle standart modelin müonlardaki yalpalama miktarının ne olması gerektiği konusundaki belirsizlikler arttı.

Böylece deneysel fizikçiler için hedef kriterler değişmiş oldu.

Araştırmacılar ihtiyaç duydukları verilere sahip olacaklarına ve teorik belirsizliğin iki yıl içinde hedeflerine ulaşmalarına yetecek kadar azalacağına inanıyorlar.

Avrupa'daki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki (LHC) rakip bir ekip ise bu hedefe daha önce ulaşmayı umuyor.

Imperial College London'dan Dr. Mitesh Patel, LHC'de Standart Model'deki kusurları bulmaya çalışan binlerce fizikçiden biri. BBC News'a verdiği demeçte, standart modelle çelişen deneysel sonuçları bulan ilk kişilerin fizikte tüm zamanların en büyük buluşlarından birini yapacağını belirtiyor.

"Standart Model'in öngörüleriyle uyuşmayan davranışları ölçmek parçacık fiziği açısından beklenen hedeftir. Model 50 yılı aşkın bir süredir tüm deneysel testlere dayandığı için anlayışımızda bir devrim bakımından başlangıç fitilini ateşleyecek."

Fermilab, bir sonraki sonuçlarının teori ve deney arasında yeni parçacıkları veya kuvvetleri ortaya çıkarabilecek "nihai veriler" olacağını söylüyor.

Standart Model nedir?

Peki, Standart Model nedir ve onun öngörülerine tam olarak uymayan deneysel bir sonuç elde etmek neden bu kadar büyük bir olay?

Etrafımızdaki her şey atomlardan oluşuyor; atomlar da daha küçük parçacıklardan meydana geliyor. Bunlar etkileşime girerek doğanın dört kuvvetini oluşturuyor: elektrik ve manyetizma (elektromanyetizm), iki nükleer kuvvet ve yerçekimi (kütleçekim).

50 yıl boyunca bunların hareket şekli hiçbir hata olmaksızın standart model tarafından mükemmel bir şekilde öngörülmüş durumda.

Müonlar atomların yörüngesinde dönen ve elektrik akımlarından sorumlu olan elektronlara benzerler, ancak 200 kat kadar daha büyüktürler.

Deneyde güçlü, süper iletken mıknatıslar kullanıldı.

Sonuçlar müonların standart modelin öngördüğünden daha hızlı yalpaladıklarını gösterdi. Projenin önde gelen araştırmacılarından Liverpool Üniversitesi'nden Profesör Graziano Venanzoni, bunun bilinmeyen yeni bir kuvvetten kaynaklanabileceğini söyledi.

"Şu anda farkında olmadığımız başka bir güç olabileceğini düşünüyoruz. Bu, 'beşinci kuvvet' olarak adlandırdığımız farklı bir şey. Bu farklı, henüz bilmediğimiz bir şey, ama önemli olmalı, çünkü Evren hakkında yeni bir şey söylüyor."

Eğer doğrulanırsa bu, Einstein'ın izafiyet kuramından bu yana geçen yüz yılın en büyük bilimsel atılımlarından biri olacak. Çünkü beşinci bir kuvvet ve bununla ilişkili herhangi bir parçacık, parçacık fiziğinin mevcut Standart Modelinin bir parçası değil.

Araştırmacılar, "Standart Model'in ötesinde fizik" olarak tanımladıkları şeyin var olduğunu biliyorlar, çünkü mevcut teori astronomların uzayda gözlemlediği pek çok şeyi açıklayamıyor.

Bunlar arasında galaksilerin evreni yaratan Büyük Patlama'dan sonra genişlemenin yavaşlaması yerine birbirlerinden ayrılmaya devam etmeleri de yer alıyor. Bilim insanları bu hızlanmanın karanlık enerji adı verilen bilinmeyen bir güç tarafından yönlendirildiğini söylüyor.

Galaksiler ayrıca, içlerinde ne kadar madde olduğuna dair anlayışımıza göre, olması gerekenden daha hızlı dönüyorlar. Araştırmacılar bunun karanlık madde adı verilen ve yine Standart Model'in bir parçası olmayan görünmez parçacıklardan kaynaklandığına inanıyor.

Araştırmanın sonuçları Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.