रेत के दाने में दुनिया को देखनाऔर एक जंगली फूल में स्वर्ग,अपने हाथ की हथेली में अनंत को पकड़ोऔर एक घंटे में अनंत काल

‘एग्रिस ऑफ इनोसेंस’ में कवि विलियम ब्लेक द्वारा लिखे गए इन शब्दों को एक तरफ रखना मुश्किल है, जब हम उप-परमाणु कणों के गुणों में वास्तविकता की मौलिक प्रकृति के बारे में सुराग ढूंढ रहे हैं।

मैट्रोलोजी की एक आश्चर्यजनक उपलब्धि में, भौतिकविदों ने हाल ही में 0.13 भागों प्रति ट्रिलियन (पीपीटी) की सटीकता के साथ एक इलेक्ट्रॉन के चुंबकीय क्षण को मापने की सूचना दी। परिणामी माप 14 साल पहले दर्ज किए गए पिछले सर्वश्रेष्ठ माप की तुलना में 2.2 गुना अधिक सटीक है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि यह अभी तक एक सिद्धांत का सबसे सटीक परीक्षण है जिसने भौतिकविदों को आराम और हैरान कर दिया है – कण भौतिकी का मानक मॉडल – और उस पर घिस गया।

मानक मॉडल क्या है?

मानक मॉडल (एसएम) एक सिद्धांत है जो सभी उप-परमाणु कणों के गुणों का वर्णन करता है, उन्हें विभिन्न समूहों में वर्गीकृत करता है, और यह निर्धारित करता है कि वे प्रकृति की चार मूलभूत शक्तियों में से तीन से कैसे प्रभावित होते हैं: मजबूत परमाणु बल, कमजोर परमाणु बल और विद्युत चुम्बकीय बल (यह गुरुत्वाकर्षण की व्याख्या नहीं कर सकता)।

1960 के दशक में, भौतिकविदों ने हिग्स बोसोन नामक कण के अस्तित्व की भविष्यवाणी करने के लिए एसएम का उपयोग किया था। यह अंततः 2012 में खोजा गया था। इसी तरह, एसएम ने भौतिकविदों को दर्जनों कणों के अस्तित्व और गुणों की सफलतापूर्वक भविष्यवाणी करने की अनुमति दी है और इसे भौतिकी के इतिहास में सबसे सफल सिद्धांतों में से एक माना जाता है।

हालाँकि, यह अभी भी यह नहीं समझा सकता है कि ब्रह्मांड में एंटीमैटर से अधिक पदार्थ क्यों है, डार्क मैटर क्या है, या डार्क एनर्जी क्या है। इन खुले प्रश्नों को संबोधित करने की एक रणनीति में, भौतिकविदों ने विभिन्न एसएम भविष्यवाणियों को उच्च और उच्च सीमा तक परीक्षण किया है और परीक्षण किया है कि भविष्यवाणियां टिप्पणियों से सहमत हैं या नहीं।

अब तक, वे सभी सहमत हैं। यह एसएम के लिए अच्छा है और मानक मॉडल से परे उत्तर की तलाश करने वालों के लिए अच्छा नहीं है।

इलेक्ट्रॉन का चुंबकीय क्षण कैसे मायने रखता है?

एसएम की सबसे सटीक भविष्यवाणी इलेक्ट्रॉन का चुंबकीय क्षण है। भौतिक रूप से, चुंबकीय क्षण बताता है कि एक इलेक्ट्रॉन चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में स्वयं को संरेखित करने के लिए कितना इच्छुक है। गणितीय रूप से, यह बराबर है – μ/ μ_बी. यहाँ, μ (उच्चारण बिल्ली की बोली) इलेक्ट्रॉन का चुंबकीय क्षण है (एम्पीयर वर्ग मीटर में मापा जाता है) और μ_बी एक भौतिक स्थिरांक है जिसे बोह्र मैग्नेटॉन कहा जाता है। साथ में, – μ/ μ_बी एक आयामहीन संख्या है।

नए अध्ययन में, अमेरिका में शोधकर्ताओं ने एक निर्वात कक्ष के अंदर अत्यंत ठंडे तापमान पर एक चुंबकीय क्षेत्र में एक एकल इलेक्ट्रॉन को निलंबित कर दिया, और पास के इलेक्ट्रोड में इलेक्ट्रॉन की गति से उत्पन्न धारा को मापा। उन्होंने का मान मापा – μ/ μ_बी 1.00115965218059, 0.13 पीपीटी के भीतर।

उन्होंने ऐसा उन विद्युत क्षेत्रों को बारीकी से नियंत्रित करके किया जो इलेक्ट्रॉनों को जगह में रखते थे, चुंबकीय क्षेत्र को स्थिर करते थे, और हार्डवेयर के भौतिक गुणों को ठीक से समायोजित करते थे, जिससे डेटा को प्रभावित करने वाले अनिश्चितता के स्रोतों को कम किया जा सकता था। इसलिए सटीक परिणाम प्राप्त हुआ। 1 पीपीटी “एसएम की सबसे सटीक भविष्यवाणी एक प्राथमिक कण के गुणों के सबसे सटीक निर्धारण से सहमत है,” अपने प्रीप्रिंट पेपर में भौतिक विज्ञानी को उद्धृत करने के लिए।

क्या परिणाम एसएम के लिए अच्छा है?

हो सकता है: परिणाम दो खुले प्रश्नों से भी प्रभावित होता है।

सबसे पहले, इलेक्ट्रॉन और म्यूऑन बहुत समान कण हैं, लेकिन म्यूऑन लगभग 207 गुना अधिक भारी है। 2021 तक कई मापों से पता चलता है कि म्यूऑन का चुंबकीय क्षण एसएम की 0.00000000251 की भविष्यवाणी से असहमत है। यदि यह कण पर कार्य करने वाले अतिरिक्त एसएम बलों का परिणाम है, तो उनका प्रभाव इलेक्ट्रॉन के चुंबकीय क्षण पर भी देखा जाना चाहिए।

लेकिन इलेक्ट्रॉन हल्का होने के कारण इसका प्रभाव 40,000 गुना कमजोर होगा। इस तरह के अत्यधिक सटीक परिणाम प्राप्त करने से, नया परिणाम बताता है कि भौतिक विज्ञानी इन संकेतों का पता नहीं लगा सके।

दूसरा, गणितीय गणनाओं की एक श्रृंखला उस डेटा को जोड़ती है जिसे भौतिक विज्ञानी एक प्रयोग में इलेक्ट्रॉन के चुंबकीय क्षण के मान के साथ रिकॉर्ड करते हैं। इन गणनाओं में से एक में, ठीक संरचना स्थिरांक ( ए) – एक सार्वभौमिक स्थिरांक जो उस शक्ति का वर्णन करता है जिसके साथ इलेक्ट्रॉनों को विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में जोड़ा जाता है। (यदि यह अधिक दृढ़ता से बांधता है, तो क्षेत्र इलेक्ट्रॉन पर अधिक बल लगाएगा।)

2018 और 2020 में प्रकाशित दो अध्ययनों ने के मूल्य को मापा ए – और 0.00000016 के अंतर वाले दो अलग-अलग उत्तरों पर पहुंचे। उन्हें तब तक उसी जवाब पर पहुंच जाना चाहिए था। ए एक स्थिरांक है। यदि यह विसंगति दूर हो जाती है, तो भौतिकविदों के माप एसएम की भविष्यवाणियों का 10 गुना अधिक सटीकता के साथ परीक्षण कर सकते हैं।

क्या हमें कभी अतिरिक्त एसएम बलों का सबूत मिलेगा?

यह बिलियन डॉलर का सवाल है। भौतिक विज्ञानी एसएम की कई भविष्यवाणियों का परीक्षण करेंगे, जो सामने की दरार की तलाश में हैं। उनके पास पहले से ही कुछ सुराग हैं: एसएम का कहना है कि न्यूट्रिनो को द्रव्यमान रहित होना चाहिए, लेकिन ऐसा नहीं है। और निश्चित रूप से म्यूऑन विसंगति।

भौतिकविदों ने विभिन्न प्रकार के काल्पनिक डार्क मैटर कणों को देखने के लिए डिटेक्टर भी बनाए हैं, डार्क एनर्जी की भावना प्राप्त करने के लिए खगोलीय डेटा के माध्यम से कंघी कर रहे हैं, और एक दूसरे की गणनाओं का परीक्षण कर रहे हैं। उनमें से कई इस बात पर भी बहस कर रहे हैं कि क्या लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर को सफल बनाने के लिए उन्हें और भी बड़े सुपरकोलाइडर की जरूरत है।

इलेक्ट्रॉन के चुंबकीय क्षण को मापने वाला समूह अपने सेटअप को अपग्रेड करने और इलेक्ट्रॉन के एंटीपार्टिकल, पॉज़िट्रॉन के साथ माप को दोहराने की योजना बना रहा है।

सभी एक साथ, समुदाय उम्मीद करता है कि इनमें से कम से कम एक प्रयास, उनके सैद्धांतिक अध्ययनों में खोजे गए सिद्धांतों द्वारा निर्देशित, मानक मॉडल के बाहर की दुनिया की एक झलक प्रदान करेगा।