वैज्ञानिकों को नए कणों या प्रकृति की ताकतों के संकेत मिले, और यह भौतिकी को बदल सकता है

सात साल पहले, म्यूऑन नामक एक उप-परमाणु कण का अध्ययन करने की उम्मीद में, एक विशाल चुंबक को भूमि और समुद्र में 3,200 मील (5,150 किमी) में ले जाया गया था।

म्यूऑन इलेक्ट्रॉनों से निकटता से संबंधित हैं, जो प्रत्येक परमाणु की परिक्रमा करते हैं और पदार्थ के निर्माण खंड बनाते हैं। इलेक्ट्रॉन और म्यूऑन दोनों में उप-परमाणु का वर्णन करने वाले हमारे वर्तमान सर्वोत्तम वैज्ञानिक सिद्धांत द्वारा सटीक भविष्यवाणी की गई है मात्रा दुनिया, कण भौतिकी का मानक मॉडल.

वैज्ञानिकों की एक पूरी पीढ़ी ने इन गुणों को विस्तार से मापने के लिए खुद को समर्पित किया है। 2001 में, एक प्रयोग ने संकेत दिया कि म्यूऑन की एक संपत्ति बिल्कुल मानक मॉडल की भविष्यवाणी के अनुसार नहीं थी, लेकिन पुष्टि करने के लिए नए अध्ययनों की आवश्यकता थी। भौतिकविदों ने प्रयोग का एक हिस्सा फ़र्मिलाब में एक नए त्वरक में स्थानांतरित कर दिया, और अधिक डेटा लेना शुरू कर दिया।

A नया माप अब प्रारंभिक परिणाम की पुष्टि की है। इसका मतलब है कि नए कण या बल मौजूद हो सकते हैं जिनका मानक मॉडल में हिसाब नहीं है। यदि ऐसा है, तो भौतिकी के नियमों को संशोधित करना होगा और कोई नहीं जानता कि यह कहाँ ले जा सकता है।

यह नवीनतम परिणाम एक अंतरराष्ट्रीय सहयोग से आया है, जिसका हम दोनों हिस्सा हैं। हमारी टीम म्यूऑन के चुंबकीय क्षण नामक एक संपत्ति को मापने के लिए कण त्वरक का उपयोग कर रही है।

चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में आने पर प्रत्येक म्यूऑन एक छोटे बार चुंबक की तरह व्यवहार करता है, एक प्रभाव जिसे चुंबकीय क्षण कहा जाता है। म्यूऑन में "स्पिन" नामक एक आंतरिक संपत्ति भी होती है और स्पिन और म्यूऑन के चुंबकीय क्षण के बीच के संबंध को जी-फैक्टर के रूप में जाना जाता है। इलेक्ट्रॉन और म्यूऑन का "जी" दो होने की भविष्यवाणी की गई है, इसलिए जी माइनस टू (जी -2) को शून्य के रूप में मापा जाना चाहिए। यही हम फर्मिलैब में परीक्षण कर रहे हैं।

इन परीक्षणों के लिए वैज्ञानिकों ने त्वरक का इस्तेमाल किया है, उसी तरह की तकनीक सर्न एलएचसी में उपयोग करता है। Fermilab त्वरक बहुत बड़ी मात्रा में और माप में म्यूऑन का उत्पादन करता है, बहुत सटीक रूप से, वे एक चुंबकीय क्षेत्र के साथ कैसे बातचीत करते हैं।

म्यूऑन का व्यवहार "आभासी कणों" से प्रभावित होता है जो निर्वात से अस्तित्व में और बाहर आते हैं। ये क्षणभंगुर रूप से मौजूद हैं, लेकिन लंबे समय तक यह प्रभावित करने के लिए कि म्यूऑन चुंबकीय क्षेत्र के साथ कैसे संपर्क करता है और मापा चुंबकीय क्षण को बदलता है, भले ही एक छोटी राशि से।

मानक मॉडल बहुत सटीक भविष्यवाणी करता है, लाखों में एक भाग से बेहतर, यह प्रभाव क्या है। जब तक हम जानते हैं कि निर्वात के अंदर और बाहर कौन से कण बुदबुदा रहे हैं, प्रयोग और सिद्धांत का मिलान होना चाहिए। लेकिन, यदि प्रयोग और सिद्धांत मेल नहीं खाते हैं, तो आभासी कणों के सूप की हमारी समझ अधूरी हो सकती है।

नए कण

नए कणों के मौजूद होने की संभावना बेकार की अटकलें नहीं हैं। ऐसे कण भौतिकी की कई बड़ी समस्याओं को समझाने में मदद कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, ब्रह्मांड के पास क्यों है इतना काला पदार्थ-cआकाशगंगाओं को हमारी अपेक्षा से अधिक तेज़ी से घूमने के लिए प्रेरित करना-और बिग बैंग में निर्मित लगभग सभी विरोधी पदार्थ क्यों गायब हो गए हैं?

आज तक समस्या यह रही है कि किसी ने भी इन प्रस्तावित नए कणों को नहीं देखा है। यह आशा की गई थी कि सीईआरएन में एलएचसी उन्हें उच्च ऊर्जा प्रोटॉन के बीच टकराव में उत्पन्न करेगा, लेकिन वे अभी तक नहीं देखे गए हैं।

नए मापन ने सदी की शुरुआत में न्यूयॉर्क में ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी में एक प्रयोग के रूप में उसी तकनीक का इस्तेमाल किया, जिसने स्वयं सीईआरएन में माप की एक श्रृंखला का पालन किया।

ब्रुकहेवन प्रयोग ने मानक मॉडल के साथ एक विसंगति को मापा, जिसमें सांख्यिकीय अस्थायी होने की 1 में से 5,000 संभावना थी। यह लगभग एक ही प्रायिकता है जब एक सिक्के को लगातार 12 बार फेंका जाता है, सभी शीर्ष ऊपर होते हैं।

यह तांत्रिक था, लेकिन खोज के लिए सीमा से नीचे का रास्ता, जिसे आम तौर पर 1.7 मिलियन में से एक से बेहतर होना आवश्यक है-या 21 सिक्के लगातार फेंके जाते हैं। यह निर्धारित करने के लिए कि क्या नई भौतिकी खेल में थी, वैज्ञानिकों को प्रयोग की संवेदनशीलता को चार गुना बढ़ाना होगा।

बेहतर माप करने के लिए, प्रयोग के केंद्र में चुंबक को 2013 में समुद्र और सड़क के साथ लॉन्ग आइलैंड से 3,200 मील की दूरी पर शिकागो के बाहर फर्मिलैब में ले जाना पड़ा, जिसका त्वरक म्यूऑन का एक प्रचुर स्रोत उत्पन्न कर सकता था।

एक बार जगह में, अत्याधुनिक डिटेक्टरों और उपकरणों के साथ चुंबक के चारों ओर एक नया प्रयोग बनाया गया था। म्यूऑन जी-2 प्रयोग ने ब्रुकहेवन प्रयोग के दिग्गजों और भौतिकविदों की एक नई पीढ़ी के सहयोग से 2017 में डेटा लेना शुरू किया।

फ़र्मिलैब में डेटा के पहले वर्ष के नए परिणाम, ब्रुकहेवन प्रयोग से माप के अनुरूप हैं। परिणामों का संयोजन प्रायोगिक माप और मानक मॉडल के बीच असहमति के मामले को पुष्ट करता है। संभावना अब 40,000 में से एक में विसंगति के एक अस्थायी होने की है-अभी भी गोल्ड स्टैंडर्ड डिस्कवरी थ्रेशोल्ड से कतराते हैं।

एलएचसी

दिलचस्प बात यह है कि ए LHCb प्रयोग द्वारा हालिया अवलोकन सर्न में भी मानक मॉडल से संभावित विचलन पाए गए। दिलचस्प बात यह है कि यह म्यूऑन के गुणों को भी संदर्भित करता है। इस बार यह अंतर है कि भारी कणों से म्यूऑन और इलेक्ट्रॉन कैसे उत्पन्न होते हैं। मानक मॉडल में दो दरों के समान होने की उम्मीद है, लेकिन प्रयोगात्मक माप ने उन्हें अलग पाया।

एक साथ लिया गया, LHCb और Fermilab परिणाम इस मामले को मजबूत करते हैं कि हमने मानक मॉडल भविष्यवाणी के विफल होने के पहले सबूत को देखा है, और यह कि प्रकृति में खोजे जाने वाले नए कण या बल हैं।

अंतिम पुष्टि के लिए, इसे फ़र्मिलाब म्यूऑन प्रयोग और सर्न के एलएचसीबी प्रयोग दोनों से अधिक डेटा की आवश्यकता है। अगले कुछ वर्षों में परिणाम सामने आएंगे। फर्मिलैब के पास पहले से ही इस हालिया परिणाम में उपयोग किए गए डेटा की तुलना में चार गुना अधिक डेटा है, वर्तमान में विश्लेषण किया जा रहा है, सीईआरएन ने अधिक डेटा लेना शुरू कर दिया है और म्यूऑन प्रयोगों की एक नई पीढ़ी का निर्माण किया जा रहा है। यह भौतिकी के लिए एक रोमांचक युग है।

इस लेख से पुन: प्रकाशित किया गया है वार्तालाप क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत। को पढ़िए मूल लेख.

छवि क्रेडिट: फ़र्मिलाब/रीदर हन

स्रोत: https://singularityhub.com/2021/04/09/scientists-found-hints-of-new-particles-or-forces-of-nature-and-it-could-change-physics/