Fizikçiler gizli parçacıkları tespit etmek için evrenin ‘piyano notalarına’ yöneliyor

İnce ayarlı bir kulağın, piyanonun boyutunu ve şeklini yalnızca enstrümanın notalarını dinleyerek bildiği söylenir. Uluslararası bir fizikçi ekibi, evrenin yüksek enerjilerdeki gizli parçacıklarını tespit etmek için benzer bir yaklaşım geliştirdi ve yeni fizik yasalarının keşfedilmesine yönelik potansiyel bir yol açtı.

Dergide yer alacak çalışma Fiziksel İnceleme Mektuplarıyeni fizik yasalarının düşük enerjilerde bilinen parçacık etkileşimlerini nasıl etkileyeceğini ölçen etkili alan teorisi (EFT) katsayılarının, bu gizli parçacıkların doğası hakkındaki bilgilere nasıl dönüştürülebileceğini özetlemektedir. Bilim adamları, CERN’in Büyük Hadron Çarpıştırıcısının parçacık çarpışmalarını ölçerek EFT katsayılarının değerlerini zaten aradığını ve dolayısıyla bu yaklaşım için kullanıma hazır veriler sağladığını belirtiyor.

New York Üniversitesi’nden James Arthur Doktora Sonrası Araştırmacısı ve makalenin yazarlarından biri olan Grant Remmen şöyle açıklıyor: “Bir piyanonun şeklini ve mekanizmasını notalarının sesinden çıkarmak gibi, bu buluş, yüksek enerjilerdeki gizli parçacıkların ayrıntılarını ortaya çıkarmak için çarpıştırıcı ölçümlerini kullanmanın yolunu sunuyor.” “Bu, parçacık fiziğindeki klasik bir açık problemi zarif ve kullanışlı bir şekilde çözerek, yüksek enerji teorisi ile parçacık fiziği deneyleri arasında köprü kuran güçlü ve keskin matematiksel araçlar sağlar.”

Gizli parçacıkları yakalamak neden zordur?

Yüksek enerjilerdeki gizli parçacıkları tespit etmek bilim adamları için zorludur çünkü bu parçacıklar akıl almaz derecede küçük mesafelerdeki çarpışmalardan kaynaklanır ve daha sonra hızla bozunarak arkalarında yalnızca varlıklarına dair izler bırakır. Ancak bunları bulmak, hem evrenin doğasını daha iyi anlamak hem de Standart Fizik Modeli’nin (evrenin “periyodik tablosu”) henüz açıklayamadığı yeni fiziksel yasaları keşfetme potansiyeli açısından hayati önem taşıyor.

Bu konuyu ele almak için Remmen, teorik fizik profesörü ve Caltech’teki Leinweber Teorik Fizik Forumu’nun yöneticisi Clifford Cheung ve meslektaşlarıyla işbirliği içinde, bilinen fizik yasalarının kuantum deformasyonlarını tanımlayan, aslında yüksek enerjili parçacıkların veya kuvvetlerin, bilinen parçacıkların etkileşimlerini nasıl ustaca değiştirebileceğini açıklayan, EFT’de ölçülebilir bir dizi nicelik olan Wilson katsayılarına odaklandı.

Bu etkileşimlerin bilgisi, fizik anlayışımızı Standart Modelin ötesinde değiştirecektir. Yazarlar, temel fiziğin en kısa mesafelerdeki veya en yüksek enerjilerdeki parçacıklar ve alanlar tarafından belirlenmesine rağmen, aslında deneysel olarak ölçebildiğimiz şeyin genellikle bu tür uzun mesafe veya daha düşük enerji etkilerini içerdiğini belirtiyorlar.

İnce efektlerden parçacık ipuçlarına

Remmen, “Bir dizi müzik notasını duymak ve bunları bir piyanonun şekli ve mekanizmasını çözmek için kullanmak gibi, Wilson katsayıları da müzik notaları gibi yeniden paketlenmiş, gözlemlenebilir bilgilerdir; yüksek enerjilerdeki temel parçacıklar ve etkileşimler ise bu verilerden çıkarılabilecek piyanonun yapısı gibidir” diye açıklıyor.

Yazarlar, bu yaklaşımın deneysel araştırmanın sınırlamalarının üstesinden geldiğini ekliyorlar.

Remmen, “Parçacık fiziği deneyleri, fizikçilerin bulmayı umduğu yeni parçacıkları tespit etmek için her zaman yeterince yüksek enerjilerde veya yeterince kısa mesafelerde çalışmaz” diyor. “Bunun yerine, bazen yeni fizik, Standart Model’in küçük deformasyonları şeklinde sadece ‘ipuçları’ verebilir. Bu küçük etkilerin ölçümlerinin, daha yüksek enerjilerde var olabilecek yeni parçacıklar hakkında ayrıntılı verilere dönüştürülmesi zordur.

“Bu yeni çalışma, deneysel gözlemlerden yeni parçacık tahminlerine kadar bu önemli çeviriyi başarmak için yeni bir matematiksel algoritma icat ederek bu sorunu tamamen çözüyor.”