ذرات ریزتر از اتم راهی به سوی کشف نیروی پنجم طبیعت

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از بیزینس اینسایدر، فیزیکدانان «آزمایشگاه ملی شتاب دهنده فرمی» (Fermi National Accelerator Laboratory) شواهدی یافته اند که نشان می دهد ذرات ریزتر از اتم رفتار غیرمنتظره ای دارند و دلیل آن احتمالا نیروی جدید و پنجم طبیعت است.

در حال حاضر در جهان ۴ نیروی طبیعی وجود دارد که شامل گرانش، الکترومغناطیس و نیروهای هسته ای قدرتمند و ضعیف هستند. این ۴ نیرو در درک شیوه عملکرد جهان به محققان کمک می کند.

اما به نظر می رسد جهان هنوز ناشناخته های بسیاری دارد. در ۲۰۲۱ میلادی فیزیکدانان با استفاده از آزمایش Moun g-2 در آزمایشگاه فرمی متوجه نوع خاصی از ذرات ریزتر از اتم به نام میون شدند که بیشتر از انتظارات حرکت می کردند.

محققان آزمایشگاه ملی بروک هیون ۲۰ سال قبل یعنی در ۲۰۰۱ شاهد چنین پدیده ای بودند اما توضیحی برای رفتار عجیب آنها باقی نماند و فیزیکدانان به مدت دو دهه سردرگم بودند.

میون ها ذراتی مشابه الکترون اما ۲۰۰ بار بزرگتر هستند و به همین دلیل به «الکترون های چاق» مشهور شده اند. الکترون های چاق می توانند در آیتم های مختلف مانند اشعه ایکس نفوذ کنند. محققان از آنها برای کشف یک اتاقک مخفی در اهرام مصر و بررسی داخل آتشفشان ها استفاده کردند.

اکنون این ذرات در کشف نیروی پنجم طبیعت به محققان یاری رسانده اند.

آزمایشگاه فرمی در بیانیه ای در این باره نوشته است: میون ها مانند الکترون، یک آهنربای داخلی کوچک دارند که در میدان مغناطیسی مانند محور یک فرفره در حال چرخش است.

فیزیکدانان در این پژوهش میون ها را در یک حلقه مغناطیسی ابر رسانا وارد کردند و در مرحله بعد رفتار آنها هنگام حرکت با سرعتی نزدیک به سرعت نور را بررسی کردند.

فیزیکدانان مشاهده کردند در حقیقت میون ها بسیار پر جنب و جوش تر از «مدل استاندارد فیزیک ذرات» بودند. مدل استاندارد فیزیک ذرات( Standard Model of Particle Physics) یک راهنمای ریاضی است که فیزیکدانان طی ۵۰ سال گذشته از آن برای توضیح و درک حوزه ذرات ریزتر از اتم استفاده می کردند.

اگر معادلات برحسب مدل استاندارد فیزیک ذرات ایجاد می شد، توضیح برای جنب و جوش غیرطبیعی میون ها وجود نداشت و فیزیکدانان مجبور می شدند توضیحات دیگری برای این رفتار را بررسی کنند.

یک توضیح احتمالی آن بود که رفتار میون ها به وسیله نیروی پنجم طبیعت ایجاد شده است. توضیحات دیگر نیز وجود ذرات بسیار پر حرکت، توضیح دیگر وجود یک بعد جدید یا یک ویژگی ناشناخته فضا-زمان بود.

برندان کیسی فیزیکدان ارشد فرمی لب در بیانیه ای نوشت: ما مشغول بررسی حوزه جدید هستیم.

در هر حال دو راه برای استفاده از مدل استاندارد فیزیک ذرات جهت توضیح جنب و جوش میون ها وجود دارد و آنها نیز نتایجی سردرگم کننده ارائه می کنند.

یکی از راه هایی که دانشمندان امیدوارند این اختلاف را حل کنند، اندازه گیری های دقیق تر است. به همین دلیل است که فیزیکدانان آزمایشگاه فری در تحقیق جدید در مقایسه با سال ۲۰۲۱ میلادی، چهار برابر داده بیشتر جمع‌آوری کردند. این امر به آنها امکان داد تا عدم قطعیت تجربی را تا ۲ برابر کاهش دهند.

اگر نتایج، نیروی پنجم طبیعت را آشکار کند، می‌تواند به توضیح برخی از بزرگترین سؤالات علم کمک کند، از جمله: ماده تاریک از چه چیزی ساخته شده است؟ انرژی تاریک چیست؟ و چرا جهان دارای ماده بسیار بیشتری نسبت به ضد ماده است؟ دانشمندان متوجه شده اند که برای پاسخ به این سوالات ممکن است مجبور شوند از محدوده مدل استاندارد فراتر روند. و رازهایی مانند تکان خوردن میون، خرده نان است که راه را برای انقلاب بعدی در فیزیک می‌سازد.