Parçacık fiziğinin Standart Modeli, maddenin planlarının neye benzediğine dair en iyi tahminimizdir. Tüm tahminlerinden hiçbiri elektronun manyetik momenti kadar doğru değil.
Bu sadece doğru bir şekilde tahmin edilmekle kalmaz, aynı zamanda herhangi bir parçacığın en doğru şekilde ölçülen özelliklerinden biridir. Ve iki değer birbirine yakın olsa da, tamamen örtüşmüyorlar ve yeni fiziğe dair cezbedici ipuçları veriyorlar. Bir elektronun manyetik momentinin tam değerine yaklaşmak, başka bir deyişle, bir elektronun ne kadar küçük bir mıknatıs gibi davrandığını anlamak, bir gün fiziğin yapı taşlarının ve bunların nasıl etkileştiklerinin daha iyi anlaşılmasını sağlayabilir.
Şimdi Harvard Üniversitesi ve Northwestern Üniversitesi’ndeki fizikçiler bu kesinliğin sınırlarını daha da zorladı. Son deneyleri 1 trilyonda 0,13’e kadar doğru bir değer verdi. Araştırmacılar yayınlanan makalede “Yeni değer 2,2 kat daha doğru ve 14 yıl boyunca geçerli olan eşleşmeler” diye yazdı. “Standart model tanımımız ve hesaplamamız, on kat daha doğru test edecek kadar doğru.”
Elektronun manyetik momenti için yeni bir değer elde etmek için araştırma ekibi, bir elektronu Penning tuzağı olarak bilinen iyi kontrol edilen bir odaya yerleştirdi. Ekip, odayı mutlak sıfıra yakın bir seviyeye kadar soğutarak, elektronun kuantum durumunu etkilemeden veya gözlemleri bozmadan enerji seviyeleri arasındaki “kuantum sıçramalarını” ölçmek için manyetik alanı kullanabildi.
Standart Modelin denklemleri, ince yapı sabitinin hesaplanmasını mümkün kılar. Yaklaşık olarak 1/137’ye eşittir ve atomları birbirine bağlayan elektromanyetik kuvvetin temelidir, bu da onu fizikte oldukça önemli kılar. Aynı denklemler, elektronun manyetik momentini o kadar etkileyici bir doğrulukla tahmin ediyor ki, bunu laboratuvarda ölçmek, Standart Model’in gerçeği yansıtma yeteneğinin nihai testi oldu.
Bir süredir, elektronların manyetik momentinin ölçümleri, Standart Model’in yüklü nokta parçacıklar için tahmin ettiğinden biraz daha büyüktü ve bu da çözülmesi gereken heyecan verici bir anormalliğe yol açtı. Bu yeni sonuçlar, bu tutarsızlıktan 10 kat daha küçük bir hata payına sahiptir ve güçlü bir şekilde bilinmeyen fiziğe işaret etmektedir.
Hem tahminlerde hem de deneysel sonuçlarda ince ayar yapmak, henüz bilmediğimiz yeni parçacıkların veya etkileşim türlerinin varlığını gösteren değerler verebilir. Araştırmacıların μ/μB olarak temsil edilen ölçümü nasıl daha da geliştireceklerine dair fikirleri var (değeri Bohr manyetonuyla karşılaştırarak). Bu bizi parçacık fiziğinin Standart Modeli’nin nihai tamamlanmasına daha da yaklaştırıyor. Araştırmacılar, “Daha kararlı cihazların gösterilmesi, iyileştirilmiş istatistikler ve belirsizliklerin daha iyi anlaşılmasıyla µ/µB doğruluğunda çok daha fazla gelişme mümkün hale geldi” diye yazıyor araştırmacılar.
Bu çalışma Physical Review Letters ilgili makalesinden derlenmiştir.