एक छोटे कण के रोटेशन को सही ढंग से मापना इतना महत्वपूर्ण क्यों है

वैज्ञानिक खोजें अलग-अलग हैं - रेडियोधर्मिता की अप्रत्याशित खोज या पूर्वानुमानित हिग्स बोसोन की लंबी खोज। लेकिन कुछ खोजों को मिलाया जाता है जब डेटा में कुछ संकेत भविष्य के मापन को इंगित करते हैं जो वर्षों लग सकते हैं। अब बाद के प्रकार का वैज्ञानिक अनुसंधान अभी हो रहा है, जो भौतिकी में बहुत अनुनाद पैदा कर सकता है।

फरवरी 2018 में, इलिनोइस में फर्मी राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला में काम कर रहे 190 वैज्ञानिकों के सहयोग ने इतिहास में सबसे सटीक माप में से एक बनाने के लिए 15 मीटर व्यास के साथ एक रिंग सरणी का उपयोग किया। " जी माइनस 2 प्रयोग " (जी -2) नामक इस अध्ययन में, वैज्ञानिक एक दुर्लभ उपपरमाण्विक कण, एक म्यूऑन, इलेक्ट्रॉन के एक भारी रिश्तेदार के विषम चुंबकीय क्षण को मापेंगे। अकेले एक म्यूऑन 2.2 पीपीएम के आदेश पर मौजूद हो सकता है।

चुंबकीय क्षण की माप, अर्थात, मुऑन द्वारा बनाए गए चुंबक की ताकत, 10 ^-12 की त्रुटि के साथ किया गया था। यह एक मिलीमीटर त्रुटि के साथ पृथ्वी से सूर्य की दूरी को मापने के समान है। आज, परिकलित और मापा मान मेल नहीं खाते हैं, और यह अंतर मानक मॉडल के बाहर भौतिकी का पहला संकेत हो सकता है - वर्तमान सिद्धांत जो उप-परमाणु दुनिया का वर्णन करता है।

यह एक महान खोज होगी, क्योंकि भौतिक विज्ञानी खुशी से प्रचलित सिद्धांत में एक छेद करेंगे। यह एक नए, बेहतर वैज्ञानिक मॉडल की ओर ले जाएगा जो अपने कार्य के साथ बेहतर मुकाबला करता है। और यह देखते हुए कि वर्तमान सिद्धांत काफी सफल है, यह वास्तव में हमारे ज्ञान को आगे बढ़ाएगा।

एक बार एक चुंबकीय क्षेत्र में, म्यूऑन शुरू हो जाता है, अर्थात, एक निश्चित तरीके से दोलन करता है। एक चुंबकीय क्षेत्र में, हम पहले से आवृत्ति को माप सकते हैं। इस माप में कण आवेश और कारक g शामिल होता है , जिसका उपयोग सिद्धांतों के कुछ प्रकारों के बीच अंतर करने के लिए किया जाता है। शास्त्रीय सिद्धांत में, जी = 1, और गैर-सापेक्ष मात्रात्मक सिद्धांत में, जी = 2।

इलेक्ट्रॉनों के लिए कारक जी के माप, जो द्वितीय विश्व युद्ध के तुरंत बाद शुरू हुए, ने 2 के सैद्धांतिक मूल्य से थोड़ा अंतर दिखाया, और 2.00232 का प्रयोगात्मक परिणाम दिया। यह अंतर क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स , क्यूईडी के सिद्धांत द्वारा वर्णित प्रभावों के कारण है। 0.00232 सिद्धांत और प्रयोग के बीच के अंतर पर ध्यान केंद्रित करते हुए, शोधकर्ताओं ने परिणाम से दोनों को घटाना प्रतीत किया, यही वजह है कि प्रयोग को नाम दिया गया (जी -2)।

क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स में, अन्य चीजों के अलावा, हम आभासी कणों के अस्तित्व का अध्ययन करते हैं, या जिसे कभी-कभी क्वांटम फोम कहा जाता है। आभासी कण पदार्थ और एंटीमैटर के कणों का शोरबा होते हैं जो एक सेकंड के एक अंश के लिए शून्यता से उत्पन्न होते हैं, और फिर फिर से गायब हो जाते हैं, जैसे कि वे वहां नहीं थे। वे हर जगह दिखाई देते हैं, लेकिन उप-परमाणु कणों के बगल में दिखाई देने पर विशेष रूप से महत्वपूर्ण होते हैं।

1997 से 2001 तक, ब्रुकहवेन नेशनल लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं ने 12 महत्वपूर्ण अंकों की सटीकता के साथ म्यूऑन जी कारक को मापा और इस परिणाम की उसी सटीकता की सैद्धांतिक गणना के साथ तुलना की। नतीजे मेल नहीं खा रहे थे। इस विसंगति के महत्व को समझने के लिए, उनकी त्रुटि को समझना आवश्यक है। उदाहरण के लिए, यदि आप यह जानना चाहते हैं कि दोनों में से कौन सा व्यक्ति अधिक है, और आपके माप में त्रुटि आधा मीटर होगी, तो आपको किसी भी ठोस निष्कर्ष पर आने की संभावना नहीं है।

संयुक्त त्रुटि (जिसे वैज्ञानिक सिग्मा कहते हैं) द्वारा विभाजित मापा और गणना किए गए परिणामों के बीच का अंतर 3.5 है। कण भौतिकी में, 3.0 के एक सिग्मा को सम्मोहक साक्ष्य माना जाता है, लेकिन एक सच्ची खोज के लिए 5.0 के मान की आवश्यकता होती है।

आमतौर पर, यह उम्मीद की जाएगी कि ब्रुकहेवन में प्रयोग करने वाले अपने सेटअप में सुधार करेंगे और अधिक डेटा एकत्र करेंगे, लेकिन प्रयोगशाला के रास्ते में दुर्गम बाधाएं खड़ी हुईं। इसलिए, शोधकर्ताओं ने जी -2 रिंग को फरमिलाब में स्थानांतरित करने का फैसला किया, जहां एक त्वरक है जो अधिक म्यूऑन देने में सक्षम है। ईस्ट कोस्ट के साथ एक बजरे पर और मिसिसिपी नदी के ऊपर 5,000 किमी तक उपकरण ले जाया गया था। जुलाई 2013 में, यह फरमिलाब पहुंचा।

वर्षों से, अंगूठी पूरी तरह से अपडेट हो गई है, बेहतर डिटेक्टर और इलेक्ट्रॉनिक्स स्थापित किए गए हैं। नई स्थापना में जबरदस्त अवसर हैं। वैसे, पड़ोसी क्षेत्रों के निवासियों के पास एक किंवदंती है कि एक गिरते हुए उड़न तश्तरी के अवशेष प्रयोगशाला में संग्रहीत हैं। कहते हैं, किसी तरह, रात के कवर के नीचे, एक ट्रक पुलिस के साथ प्रयोगशाला से बाहर निकल गया, जिस पर एक तार के नीचे 15-मीटर ड्राइव थी।

Fermilab g-2 सहयोग ने अपना काम शुरू किया। स्थापना शुरू हो जाएगी और डेटा रिकॉर्डिंग शुरू हो जाएगी, जो जुलाई की शुरुआत तक चलेगी।

वैज्ञानिकों को क्या परिणाम मिल सकता है? यदि सब कुछ अपेक्षा के अनुसार हो जाता है, और फ़र्मिलाब में मापा गया जी मान ब्रुकवेन में मापा जाता है, तो फ़र्मिलाब में दर्ज आंकड़ों में अंतर 5 सिग्मा है। और इसका अर्थ होगा एक खोज।

दूसरी ओर, फ़र्मिलाब परिणाम ब्रुकहवेन के समान नहीं हो सकता है। नए आयाम गणना के साथ मेल खा सकते हैं, और फिर कोई मतभेद नहीं होगा।

लेकिन क्या होगा अगर जी -2 एक खोज करता है? संभावित परिणाम क्या होगा? जैसा कि मैंने पहले उल्लेख किया है, म्यूऑन का विषम चुंबकीय क्षण आस-पास के आभासी कणों के अस्तित्व के लिए बहुत संवेदनशील है। ये कण म्यूऑन के चुंबकीय क्षण को थोड़ा बदल देते हैं। इसके अलावा, माप और गणना का एक संयोग संयोग संभव नहीं होगा यदि आभासी कण मौजूद नहीं थे।

हालांकि, जो काफी स्पष्ट है, गणना में केवल ज्ञात आभासी कणों का उपयोग किया गया था। मनाया विसंगति के लिए एक संभावित स्पष्टीकरण अतिरिक्त, फिर भी अज्ञात उप-परमाणु कणों के क्वांटम फोम में अस्तित्व हो सकता है।

यह ध्यान देने योग्य है कि उप-ऊर्जा कणों के क्षेत्र में खोजों को उच्च-ऊर्जा कण त्वरक द्वारा दशकों से आयोजित किया गया है। आइंस्टीन के प्रसिद्ध समीकरण ई = एमसी ² में द्रव्यमान और ऊर्जा की पहचान का वर्णन है। इसलिए, भारी कणों को खोलने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। आज, सर्न में लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर सबसे शक्तिशाली त्वरक है।

हालांकि, कण बनाने के लिए जानवर बल विधि उच्च ऊर्जा क्षेत्र का अध्ययन करने का एकमात्र तरीका नहीं है। हाइजेनबर्ग के अनिश्चितता के सिद्धांत का कहना है कि ऊर्जावान रूप से "असंभव" घटनाएं भी हो सकती हैं यदि उनका जीवनकाल काफी कम है। इसलिए, यह संभव है कि एक आभासी कण, जो आमतौर पर मौजूद नहीं होता है, गैर-अस्तित्व से एक लंबे समय के लिए दिखाई दे सकता है जो म्यूऑन के चुंबकीय क्षण को प्रभावित करता है। इस मामले में, बहुत सटीक माप इस कण के अस्तित्व को प्रकट कर सकता है। यह केवल मामला है जब स्केलपेल एक स्लेजहैमर से बेहतर होता है, और, शायद, इस मामले में, Fermilab में जी -2 प्रयोग LHC को छोड़ सकता है।

लेकिन यह ध्यान देने योग्य है कि विज्ञान का इतिहास उन मामलों से भरा है जहां अतिरिक्त डेटा एकत्र करने के बाद 3 सिग्मा में अंतर गायब हो गया। इसलिए, मैं इस माप के परिणाम पर सट्टेबाजी की सलाह नहीं देता हूं। विसंगतियां सांख्यिकीय उतार-चढ़ाव हो सकती हैं। हालांकि, ब्रुकहैवेन में मापा गया जी -2 अभी भी एक प्रतिमान-बदलते खोज का पहला संकेत हो सकता है। इस वसंत में दर्ज आंकड़ों का विश्लेषण गिरावट में किया जाएगा और परिणाम इस वर्ष के अंत में दिखाई दे सकते हैं। जी -2 प्रयोग के पहले रन के परिणामों को सतर्क आशावाद के साथ उम्मीद की जानी चाहिए।