Müon, elektrondan 207 kat daha ağır olan bir atom altı parçacıktır. Şaşırtıcı derecede güçlü manyetizması, bu ay yapılan bir deneyde ortaya çıkarılarak, parçacık fiziğinin temelini oluşturan Standart Model’in eksik olduğunu öne sürüyor. Eğer tutarsızlık ortadan kalkarsa, elli yıllık teorinin bazı gözlemleri açıklamakta başarısız olduğu ispat edilecek.

Müon Parçacığı Nedir?

Müonlar, proton ışını ile bir ışık hedefinin arasındaki etkileşimlerden üretilir. Çekirdeklerle veya diğer parçacıklarla asla reaksiyona girmez. Bir Müon, yalnızca 2,2 µs ömrü ile nispeten kararsız özelliğe sahip. Müon'un etkileşimleri elektronunkilere çok benzediğinden, müon elektronun çok daha ağır bir versiyonu olarak düşünülebilir. Negatif yüklü ve pozitif yüklü olmak üzere iki şekli mevcut. Malzeme çalışmaları için, esas alınan ise pozitif Müon. Materyallere yerleştirildiklerinde, pozitif Müonların hafif protonlar gibi davrandıkları düşünülebilir (protonla aynı yüke sahiptirler ve bir protonun kütlesinin yaklaşık 1 / 9'u ağıtlıkta).

Müon Parçacığı Ne İşe Yarar?

Ortalama 2,2 µs'lik bir ömürden sonra, her müon bozunur ve bir pozitron yayar. Bozunma pozitronları tercihen müonun dönüş yönünde yayılır. Tespit edilen pozitronlar bize müonların numunede nasıl davrandığını anlatırlar. Bu da bize müonların çevresini anlatır böylece örneğin atomik seviyede manyetizması hakkında bilgi edinebiliriz.

Parçacık Fiziği Nedir?

Parçacık fiziği, şu anda bildiğimiz tüm maddelerin en küçük elementleriyle uğraşan fizik dalı olarak tanımlanır. Genellikle, hem atom altı parçacıkların (ve antimadde) hem de taşıyıcı parçacıkların temel etkileşimleri tarafından tanımlanan kuantum alan teorisini inceler. Parçacık fiziği, varoluş düzeyinin altındaki yapı, kuvvetlerle ilgilenir. Temel parçacıklar, elektrik yükü, spin, kütle, manyetizma ve diğer karmaşık özelliklere sahip olmasına rağmen noktasal olarak kabul edilirler.

Bu alanda çalışan bilim insanları, atom altı parçacıkları (proton, nötron, elektron) daha derinlemesine araştırırlar. Parçacık araştırması çoğunlukla güçlü kuvvet ve onun kuarklarla etkileşimi ile ilgilidir, ancak güçlü kuvveti anlamak için diğer kuvvetleri ve bunların göreceli güçlerini anlamak gerekir. Parçacık fizikçileri, atom içindeki kuvvetlerin gücünü ölçmek için bir sistem geliştiriyorlar. Dünyadaki yaşamımızı etkileyen dört güç:

• Yerçekimi
• Zayıf kuvvet: Radyoaktif bozunmaya neden olur.
• Elektromanyetik kuvvet (EMF): Nesneleri oluşturmak için atomları birbirine bağlar.
• Güçlü kuvvet: Proton ve nötron oluşturmak için kuarkları birbirine bağlar.

Bu kuvvetlerin üç tanesinin açıklandığı sisteme ise Standart Model adı verilir.

Standart Model Nedir?

Standart Model, evrenin en temel yapı taşlarını tanımlamak için bilim adamlarının kullandığı güncel bir teori. Kuark  (protonları ve nötronları oluşturan parçacıklar) ve leptonlar (elektronları içeren parçacıklar) adı verilen parçacıkların nasıl oluşturduğunu açıklar. Aynı zamanda daha geniş bir grubuna ait olan ve kuvvet taşıyan, bozon kuarkları ve leptonlarının da açıklamasını yapabilir. Evreni yöneten dört temel kuvvetten üçünü açıklaması modelin temelini oluşturur. Bu kuvvetler: Elektromanyetizma, güçlü kuvvet ve zayıf kuvvet.

Elektromanyetizma, fotonlar tarafından taşınır ve elektrik alanlarla manyetik alanların etkileşimini içerir. Gluonlar tarafından taşınan güçlü kuvvet, atom çekirdeklerini kararlı hale getirmek için birbirine bağlar. W ve Z bozonlarının taşıdığı zayıf kuvvet, güneşe ve diğer yıldızlara milyarlarca yıldır güç veren nükleer reaksiyonlara neden olur. Dördüncü temel kuvvet, Standart Model tarafından yeterince açıklanmayan yerçekimidir. Ancak modelde eksik olan tek şey yerçekimi değil. Standart Model, evrenin yüzde 95'ini oluşturan karanlık madde ve karanlık enerjiyi de açıklayamaz.

Müon Parçacığı ve Standart Model İlişkisi

Amerika Birleşik Devletleri'nde yapılan bir deney, bazı parçacıkların, araştırmacıların başlangıçta beklediğinden daha manyetik olduğuna dair bir bulguyu doğruladı. Sonuçlar doğrulanırsa, nihayetinde teorik fizikte büyük değişiklikleri gerçekleşebilir ve tamamen yeni temel parçacıklar ortaya çıkarabilir. Fizikçiler, parçacığın küçük bir mıknatıs gibi davranmasını sağlayan bir özellik olan manyetik momentinin gücünü ölçtüler. Bu manyetizma gücünü ölçütü "g" olarak gösterilen bir sayı ile verilir.  Parçacık fiziğinin Standart Model'i, uygun birimlerde Müon’un manyetik momentinin 2'ye çok yakın, ancak eşit olmayan bir sayı olması gerektiğini söylüyor. Brookhaven deneyi olarak bilinen deneyde bu küçük fark ölçülmüş ancak bilim insanlarının tahmin ettiğinden biraz daha büyük bulunmuştur.

Fizikçiler,  tüm parçacıkların ayrıntılı ve uzun hesaplamalarını yaparlar, bu nedenle deneysel sonuçlar tahmin edilen değerinden önemli ölçüde farklıysa bu bizlere bilim dünyasında bir değişim olabileceğinin sinyalini verir. Deneyde ölçülen Müon g-2’nin bu denli büyük bir farka sahip olması, daha önce bilinmeyen parçacık türlerinin boşlukta gizlendiğini düşündürtüyor. Müon g-2 deneyi, birçok fizikçiye yeni parçacıkların yakında keşfedileceğine dair umut veriyor.

Kaynaklar

https://commons.vccs.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1087&context=exigence

https://www.sciencenews.org/article/muon-physics-standard-model-particles

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210413121010.htm