फर्मिलैब का मून जी-2 प्रयोग अंततः कण भौतिकविदों को मानक मॉडल से परे क्या है इसका एक संकेत देता है
के लंबे समय से प्रतीक्षित पता लगाने के बाद से हिग्स बॉसन 2012 में, कण भौतिक विज्ञानी उप-परमाणु क्षेत्र में गहराई से जांच कर रहे हैं ताकि आगे की जांच की जा सके कण भौतिकी का मानक मॉडल . ऐसा करने में, वे पहले के अज्ञात कणों के अस्तित्व और विदेशी भौतिकी के अस्तित्व की पुष्टि करने के साथ-साथ ब्रह्मांड की शुरुआत कैसे हुई, इसके बारे में और जानने की उम्मीद करते हैं।
पर फर्मी राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला (उर्फ। फर्मिलैब), शोधकर्ता इसका संचालन कर रहे हैं मून जी-2 प्रयोग , जिसने हाल ही में घोषणा की उनके पहले रन के परिणाम . अपने उपकरणों की अभूतपूर्व सटीकता के लिए धन्यवाद, फर्मिलैब टीम ने पाया कि उनके प्रयोग में म्यूऑन ने मानक मॉडल के अनुरूप व्यवहार नहीं किया, जो दशकों से मौजूद एक विसंगति को हल करता है।
म्यूऑन से जुड़े प्रयोग दशकों पहले शुरू हुए थे परमाणु अनुसंधान के लिए यूरोपीय संगठन (सर्न) और हाल ही में आयोजित किए गए थे ब्रुकहेवन राष्ट्रीय प्रयोगशाला (बीएनएल) न्यूयॉर्क में। 2011 में, फर्मिलैब ने बीएनएल को छोड़ दिया और अपने शक्तिशाली त्वरक को एक निर्वात में एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र के साथ अल्पकालिक म्यूऑन कणों की बातचीत की खोज के लिए समर्पित करना शुरू कर दिया।
इलेक्ट्रॉनों के समान (लेकिन 200 गुना अधिक द्रव्यमान के साथ), म्यूऑन स्वाभाविक रूप से तब होते हैं जब ब्रह्मांडीय किरणें पृथ्वी के वायुमंडल से टकराती हैं। एक और समानता है जिस तरह से म्यूऑन कताई चुम्बकों की तरह व्यवहार करते हैं, जिसकी ताकत उस दर को निर्धारित करती है जिस पर वे बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में आगे बढ़ते हैं (और इसे 'जी-कारक' के रूप में जाना जाता है') म्यूऑन के मामले में, उनका जी-कारक 2 (इसलिए प्रयोग का नाम) से थोड़ा अधिक है।
Muon g-2 प्रयोग का उद्देश्य एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र के अधीन रहते हुए muons की पूर्वता दर की जांच करना है। उनका मापन करकेजी-0.14 भागों प्रति मिलियन (पीपीएम) की सटीकता के लिए कारक, शोधकर्ता जो मून जी? 2 सहयोग बनाते हैं, यह देखने की उम्मीद करते हैं कि उनका व्यवहार मानक मॉडल (एसएम) द्वारा की गई भविष्यवाणियों के अनुरूप है या नहीं। यदि नहीं, तो यह इंगित करेगा कि ऐसी भौतिकी है जो एसएम से आगे जाती है जिसका हिसाब लगाने की आवश्यकता है।
ग्राज़ियानो वेनानज़ोनी, भौतिक विज्ञानी परमाणु भौतिकी के लिए इतालवी राष्ट्रीय संस्थान (INFN), Muon g-2 प्रयोग के सह-प्रवक्ता भी हैं। जैसा कि उन्होंने 7 अप्रैल को घोषणा की थीवां, संगोष्ठी के दौरान जहां पहले रन के परिणाम सार्वजनिक किए गए थे, परिणाम एसएम की भविष्यवाणी के साथ असंगत थे:
'आज एक असाधारण दिन है, न केवल हमें बल्कि पूरे अंतरराष्ट्रीय भौतिकी समुदाय द्वारा लंबे समय से प्रतीक्षित है। इसका बहुत बड़ा श्रेय हमारे युवा शोधकर्ताओं को जाता है, जिन्होंने अपनी प्रतिभा, विचारों और उत्साह से हमें यह अविश्वसनीय परिणाम हासिल करने में मदद की है।”
यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी के बीएनएल में पूर्ववर्ती प्रयोग, जो 2001 में संपन्न हुआ, ने पहला संकेत दिया कि म्यूऑन उस तरह से व्यवहार नहीं करता है जो मानक मॉडल के अनुरूप है। फर्मिलैब के मुऑन जी-2 प्रयोग के पहले परिणाम - अब तक का सबसे सटीक - बीएनएल अनुसंधान दल द्वारा प्राप्त परिणामों के साथ दृढ़ता से संरेखित करें। दोनों प्रयोगों के केंद्र में एक 15.25-मीटर (50 फीट) सुपरकंडक्टिंग चुंबकीय भंडारण रिंग है।
मुओन जी-2 चुंबक 2013 में फ़र्मिलाब पहुंचे। श्रेय: रीडार हैन, फ़र्मिलाबे
इस घटक को 2013 में शिकागो ले जाया गया था, जहां इसे फर्मिलैब के कण त्वरक के साथ एकीकृत किया गया था ताकि अमेरिका में किसी भी प्रयोगशाला द्वारा म्यूऑन के सबसे तीव्र बीम का उत्पादन किया जा सके। इस बीम को स्टोरेज रिंग में निर्देशित किया जाता है, जहां म्यूऑन को प्रकाश की गति के लगभग वेग के लिए त्वरित किया जाता है। जैसे ही म्यूऑन हजारों बार घूमते हैं, वे अल्पकालिक उप-परमाणु कणों के साथ बातचीत करते हैं जो लगातार निर्वात में अस्तित्व में और बाहर आ रहे हैं।
ये क्वांटम-स्तरीय इंटरैक्शन जी-फैक्टर के मूल्य को प्रभावित करते हैं, जिससे म्यूऑन की पूर्वता तेज या धीमी हो जाती है। इसका परिणाम 'विषम द्विध्रुवीय चुंबकीय क्षण' के रूप में जाना जाता है, जहां बातचीत के प्रभाव एक कण के चुंबकीय क्षण में योगदान करते हैं। यह प्रभाव कुछ ऐसा है जो एसएम अत्यधिक सटीकता के साथ भविष्यवाणी करता है, लेकिन एसएम या कणों से परे अतिरिक्त बलों की उपस्थिति का एक अतिरिक्त प्रभाव होगा।
फर्मिलैब और बीएनएल द्वारा प्राप्त परिणामों ने एक विषम चुंबकीय क्षण का संकेत दिया जो कि एसएम द्वारा 4.2 सिग्मा के महत्व की भविष्यवाणी से भिन्न था। इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने निर्धारित किया कि 40,000 में से केवल 1 मौका था कि उनके परिणाम सांख्यिकीय उतार-चढ़ाव के कारण थे। रेनी फातेमी ने कहा, केंटकी विश्वविद्यालय में एक भौतिक विज्ञानी और मुऑन जी -2 प्रयोग के लिए सिमुलेशन प्रबंधक:
'हम जिस मात्रा को मापते हैं वह ब्रह्मांड में बाकी सब कुछ के साथ म्यूऑन की बातचीत को दर्शाता है। लेकिन जब सिद्धांतवादी मानक मॉडल में सभी ज्ञात बलों और कणों का उपयोग करके समान मात्रा की गणना करते हैं, तो हमें समान उत्तर नहीं मिलता है। यह इस बात का पुख्ता सबूत है कि म्यूऑन किसी ऐसी चीज के प्रति संवेदनशील है जो हमारे सर्वोत्तम सिद्धांत में नहीं है।'
'म्यूऑन के सूक्ष्म व्यवहार को कम करना एक उल्लेखनीय उपलब्धि है जो आने वाले वर्षों के लिए मानक मॉडल से परे भौतिकी की खोज का मार्गदर्शन करेगी,' फर्मिलैब के उप निदेशक अनुसंधान जो लाइकेन ने कहा। 'यह कण भौतिकी अनुसंधान के लिए एक रोमांचक समय है, और फर्मिलैब सबसे आगे है।'
Muon g-2 प्रयोग का पहला परिणाम दो दशक पहले BNL में किए गए प्रयोग के परिणाम की पुष्टि करता है। श्रेय: रयान पोस्टेल/फर्मिलैब/मुऑन जी-2 सहयोग
हालांकि ये परिणाम सकारात्मक परिणाम घोषित करने के लिए आवश्यक 5 सिग्मा के मानक विचलन से थोड़ा कम हैं, फिर भी यह अतिरिक्त भौतिकी का एक मजबूत संकेत है। इस बीच, फर्मिलैब की टीम प्रयोग के दूसरे और तीसरे रन के दौरान प्राप्त आंकड़ों का विश्लेषण करने में व्यस्त है, यह देखने के लिए कि क्या इनसे और भी अधिक सम्मोहक परिणाम प्राप्त हो सकते हैं। चौथा रन चल रहा है, और भविष्य के लिए पांचवें की योजना बनाई गई है।
सभी पांच रनों के परिणामों को मिलाने से शोधकर्ताओं को म्यूऑन के जी-फैक्टर का और भी सटीक माप मिलेगा। दशकों के शोध के बाद, वैज्ञानिक अंततः खोज सकते हैं कि क्या क्वांटम फोम के भीतर अतिरिक्त भौतिकी छिपी हुई है जो समय और स्थान में व्याप्त है। फर्मिलैब वैज्ञानिक क्रिस पोली ने कहा, ब्रुकहेवन प्रयोग पर एक प्रमुख स्नातक छात्र और वर्तमान प्रयोग के सह-प्रवक्ता:
'ब्रुकहेवन प्रयोग को समाप्त हुए 20 साल बीत चुके हैं, आखिरकार इस रहस्य को सुलझाना बहुत खुशी की बात है। अब तक हमने 6% से भी कम डेटा का विश्लेषण किया है जो प्रयोग अंततः एकत्र करेगा। हालांकि ये पहले परिणाम हमें बता रहे हैं कि मानक मॉडल के साथ एक दिलचस्प अंतर है, हम अगले कुछ वर्षों में और भी बहुत कुछ सीखेंगे।'
फर्मिलैब टीम के निष्कर्ष भी 7 अप्रैल को साझा किए गए थेवांएक पेपर में जो में दिखाई दिया शारीरिक समीक्षा पत्र . Muon g?2 Collaboration एक अंतरराष्ट्रीय संघ है जिसमें अमेरिका, इटली, रूस, दक्षिण कोरिया और जर्मनी के अनुसंधान संस्थानों और विश्वविद्यालयों के सदस्य शामिल हैं।
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