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Thursday, April 22, 2021

अमेरिकी ऊर्जा विभाग के म्यूऑन जी -2 प्रयोग से नई भौतिकी के उत्थान के साक्ष्य – “आज एक असाधारण दिन है”

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अमेरिकी ऊर्जा विभाग के फर्मी नेशनल एक्सलेरेटर लेबोरेटरी में मुऑन जी -2 प्रयोग के लंबे समय से प्रतीक्षित पहले परिणामों में मूलभूत कणों को दिखाया गया है, जिन्हें मुऑंस का व्यवहार करना है जो कि वैज्ञानिकों के सर्वोत्तम सिद्धांत, कण भौतिकी के मानक मॉडल द्वारा भविष्यवाणी नहीं की जाती है। अभूतपूर्व सटीकता के साथ किया गया यह ऐतिहासिक परिणाम दशकों से शोधकर्ताओं पर कुठाराघात करने वाली विसंगति की पुष्टि करता है।

मानक मॉडल गणना से विचलित करने वाले मजबूत सबूत रोमांचक नई भौतिकी पर संकेत दे सकते हैं। म्यून्स उप-परमाणु दुनिया में एक खिड़की के रूप में कार्य करते हैं और अभी तक अनदेखे कणों या बलों के साथ बातचीत कर सकते हैं।

“आज एक असाधारण दिन है, जो न केवल हमारे द्वारा बल्कि पूरे अंतर्राष्ट्रीय भौतिकी समुदाय द्वारा लंबे समय से प्रतीक्षित है,” ग्राज़ियानो वेनज़ोनी ने कहा, मून जी -2 प्रयोग के भौतिक प्रवक्ता और परमाणु भौतिकी के लिए इतालवी राष्ट्रीय संस्थान में भौतिक विज्ञानी। “बड़ी मात्रा में श्रेय हमारे युवा शोधकर्ताओं को जाता है, जिन्होंने अपनी प्रतिभा, विचारों और उत्साह के साथ हमें इस महत्वपूर्ण परिणाम को प्राप्त करने की अनुमति दी है।”

मुरम जी -2 प्रयोग फ़र्मिलाब पर

फर्मीलाब में मुऑन जी -2 प्रयोग के पहले परिणामों ने नई भौतिकी के सबूतों को मजबूत किया है। प्रयोग का केंद्रबिंदु एक 50 फुट व्यास वाला सुपरकंडक्टिंग चुंबकीय भंडारण रिंग है, जो इलेक्ट्रॉनिक्स रैक, म्यूऑन बीमलाइन और अन्य उपकरणों के बीच अपने डिटेक्टर हॉल में बैठता है। यह प्रभावशाली प्रयोग नकारात्मक 450 डिग्री फ़ारेनहाइट पर संचालित होता है और चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से यात्रा के रूप में मुनियों की पूर्वता (या डगमग) का अध्ययन करता है। साभार: रेइदर हैन, फर्मीलैब

एक म्यूऑन अपने चचेरे भाई, इलेक्ट्रॉन के रूप में लगभग 200 गुना बड़े पैमाने पर है। चंद्रमा प्राकृतिक रूप से पृथ्वी की वायुमंडल पर प्रहार करते हैं, और फर्मीलाब में कण त्वरक बड़ी संख्या में उत्पन्न कर सकते हैं। इलेक्ट्रॉनों की तरह, म्यूऑन कार्य करते हैं जैसे कि उनके पास एक छोटा आंतरिक चुंबक है। एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में, मुओन के चुंबक की दिशा बहुत अधिक होती है, या बहुत अधिक कताई शीर्ष या जाइरोस्कोप की धुरी की तरह होती है। आंतरिक चुंबक की ताकत उस दर को निर्धारित करती है जो म्यूऑन बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में पूर्ववर्ती होती है और एक संख्या द्वारा वर्णित की जाती है जिसे भौतिक विज्ञानी जी-कारक कहते हैं। इस संख्या की गणना अति-उच्च परिशुद्धता के साथ की जा सकती है।

चूँकि म्यूऑन जी -2 चुंबक में चंद्रमा घूमते हैं, वे भी अस्तित्व में और बाहर पॉपिंग परमाणु कणों की एक मात्रा फोम के साथ बातचीत करते हैं। इन अल्पकालिक कणों के साथ पारस्परिक क्रिया जी-कारक के मूल्य को प्रभावित करती है, जिससे म्यून्स की गति थोड़ी तेज या धीमी हो जाती है। मानक मॉडल इस तथाकथित विषम चुंबकीय क्षण की सटीक भविष्यवाणी करता है। लेकिन अगर क्वांटम फोम में अतिरिक्त बल या कण होते हैं, जिसका मानक मॉडल द्वारा हिसाब नहीं किया जाता है, तो यह म्यूऑन जी-फैक्टर को और अधिक मोड़ देगा।

“यह मात्रा जो हम मापते हैं वह ब्रह्मांड में बाकी सभी चीजों के साथ म्यूऑन की बातचीत को दर्शाती है। लेकिन जब सिद्धांतकार समान मात्रा की गणना करते हैं, तो मानक मॉडल में सभी ज्ञात बलों और कणों का उपयोग करते हुए, हमें एक ही उत्तर नहीं मिलता है, ”केंटकी विश्वविद्यालय के एक भौतिक विज्ञानी और म्यूऑन के सिमुलेशन प्रबंधक रेनी फातमी ने कहा। जी -2 प्रयोग। “यह पुख्ता सबूत है कि म्यूऑन किसी ऐसी चीज़ के प्रति संवेदनशील है जो हमारे सबसे अच्छे सिद्धांत में नहीं है।”

डीओई की ब्रुकहैवन नेशनल लेबोरेटरी में पूर्ववर्ती प्रयोग, जो 2001 में संपन्न हुआ, ने संकेत दिया कि म्यूऑन का व्यवहार स्टैंडर्ड मॉडल से असहमत था। फेरमलैब में मुऑन जी -2 प्रयोग से नया माप ब्रुकहवेन में पाए गए मूल्य से दृढ़ता से सहमत है और सिद्धांत से तिथि करने के लिए सबसे सटीक माप के साथ विचलन करता है।

मुऑन जी -2 परिणाम प्लॉट

फर्मीलैब में म्यूऑन जी -2 प्रयोग से पहला परिणाम ब्रुकहैवेन नेशनल लैब में कई दशकों पहले किए गए प्रयोग से परिणाम की पुष्टि करता है। साथ में, दो परिणाम मजबूत सबूत दिखाते हैं जो म्यूऑन स्टैंडर्ड मॉडल की भविष्यवाणी से हटते हैं। क्रेडिट: रयान पोस्टेल, फर्मीलाब / मुऑन जी -2 सहयोग

म्यूऑन के लिए स्वीकृत सैद्धांतिक मूल्य हैं:
जी-फैक्टर: 2.00233183620 (86)
विषम चुंबकीय क्षण: 0.00116591810 (43)
[uncertainty in parentheses]

मुऑन जी -2 सहयोग द्वारा आज घोषित नए प्रयोगात्मक विश्व-औसत परिणाम हैं:
जी-फैक्टर: 2.00233184122 (82)
विषम चुंबकीय क्षण: 0.00116592061 (41)

फ़र्मिलाब और ब्रुकहवेन के संयुक्त परिणाम 4.2 सिग्मा के महत्व पर सिद्धांत के साथ एक अंतर दिखाते हैं, 5 सिग्मा (या मानक विचलन) के एक छोटे से शर्मीली है कि वैज्ञानिकों को एक खोज का दावा करने की आवश्यकता है, लेकिन अभी भी नए भौतिकी के साक्ष्य को मजबूर करते हैं। मौका है कि परिणाम एक सांख्यिकीय उतार चढ़ाव हैं 40,000 में लगभग 1 है।

Fermilab प्रयोग ब्रुकहैवन प्रयोग से मुख्य घटक का पुनः उपयोग करता है, एक 50 फुट व्यास वाला सुपरकंडक्टिंग चुंबकीय भंडारण रिंग। 2013 में, इसे लॉन्ग आइलैंड से शिकागो उपनगरों तक भूमि और समुद्र द्वारा 3,200 मील की दूरी पर पहुँचाया गया था, जहाँ वैज्ञानिक फ़र्मिलाब के कण त्वरक का लाभ उठा सकते हैं और संयुक्त राज्य अमेरिका में म्यून्स के सबसे तीव्र बीम का उत्पादन कर सकते हैं। अगले चार वर्षों में, शोधकर्ताओं ने प्रयोग को इकट्ठा किया; एक अविश्वसनीय रूप से एक समान चुंबकीय क्षेत्र को ट्यून और कैलिब्रेट किया गया; नई तकनीकों, इंस्ट्रूमेंटेशन और सिमुलेशन विकसित; और पूरी प्रणाली का गहन परीक्षण किया।

म्यूऑन जी -2 प्रयोग भंडारण रिंग में म्यून्स के एक बीम को भेजता है, जहां वे प्रकाश की गति से हजारों गुना गति से घूमते हैं। रिंग को अस्तर करने वाले डिटेक्टर वैज्ञानिकों को यह निर्धारित करने की अनुमति देते हैं कि म्यूऑन कितनी तेजी से आगे बढ़ रहे हैं।

ऑपरेशन के अपने पहले वर्ष में, 2018 में, फर्मीलैब प्रयोग ने संयुक्त सभी पूर्व म्यूऑन जी-फैक्टर प्रयोगों की तुलना में अधिक डेटा एकत्र किया। सात देशों में 35 संस्थानों के 200 से अधिक वैज्ञानिकों के साथ, मुऑन जी -2 सहयोग ने अब उस पहले रन से 8 बिलियन से अधिक म्यूओन्स की गति का विश्लेषण किया है।

फरमिलाब के वैज्ञानिक क्रिस पोली, जो वर्तमान प्रयोग के लिए सह-प्रवक्ता हैं और इस पर एक लीड ग्रेजुएट छात्र थे, ने कहा, “ब्रुकहवेन प्रयोग के समाप्त होने के 20 साल बाद, यह आखिरकार इस रहस्य को सुलझाने के लिए बहुत संतुष्टिदायक है।” ब्रुकवेन प्रयोग।

प्रयोग के दूसरे और तीसरे रन पर डेटा विश्लेषण चल रहा है, चौथा रन जारी है, और पांचवां रन बनाने की योजना है। सभी पांच रनों से परिणामों को मिलाकर वैज्ञानिकों को म्यूऑन के डब्बल का एक और अधिक सटीक माप मिलेगा, जो कि अधिक निश्चितता के साथ खुलासा करता है कि क्या नई भौतिकी क्वांटम फोम के भीतर छिपी हुई है।

“अब तक हमने 6% से कम डेटा का विश्लेषण किया है जो प्रयोग अंततः एकत्रित करेगा। हालांकि ये पहले परिणाम हमें बता रहे हैं कि स्टैंडर्ड मॉडल के साथ एक अंतर है, हम अगले कुछ वर्षों में बहुत कुछ सीखेंगे, ”पोली ने कहा।

“मून्स के सूक्ष्म व्यवहार को कम करना एक उल्लेखनीय उपलब्धि है जो आने वाले वर्षों के लिए मानक मॉडल से परे भौतिकी के लिए खोज का मार्गदर्शन करेगी,” फ़र्मिलाब के उप निदेशक ने कहा जो लाइकेन। “यह कण भौतिकी अनुसंधान के लिए एक रोमांचक समय है, और फर्मीलाब सबसे आगे है।”

संदर्भ: बी। अबी एट अल। (मुऑन जी Collaboration 2 सहयोग), 7 अप्रैल 2021, शारीरिक समीक्षा पत्र
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.141801

म्यूऑन जी -2 प्रयोग ऊर्जा विभाग (यूएस) द्वारा समर्थित है; नेशनल साइंस फाउंडेशन (यूएस); इस्टिटूटो नाज़ियोनेल डि फ़िसिका न्यूक्लेयर (इटली); विज्ञान और प्रौद्योगिकी सुविधाएं परिषद (यूके); रॉयल सोसाइटी (यूके); यूरोपीय संघ का क्षितिज 2020; चीन का राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन; MSIP, NRF और IBS-R017-D1 (कोरिया गणराज्य); और जर्मन रिसर्च फाउंडेशन (DFG)।

Fermilab कण भौतिकी अनुसंधान के लिए अमेरिका की प्रमुख राष्ट्रीय प्रयोगशाला है। विज्ञान प्रयोगशाला का एक अमेरिकी ऊर्जा विभाग का कार्यालय, फ़र्मिलाब शिकागो, इलिनोइस के पास स्थित है, और फ़र्मि एफ़िसिएंस एलएलसी द्वारा अनुबंध के तहत संचालित है।

डीओई ऑफिस ऑफ साइंस संयुक्त राज्य अमेरिका में भौतिक विज्ञान में बुनियादी अनुसंधान का सबसे बड़ा समर्थक है और हमारे समय की कुछ सबसे अधिक चुनौतियों का सामना करने के लिए काम कर रहा है।

[Editor’s Note: Today a different group of researchers announced very different results, concluding that the muon’s magnetic field aligns with the standard model of particle physics.]

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