نقض قوانین فیزیک در روز روشن: ماجرای دو آزمایش جنجال برانگیز در حوزه فیزیک ذرات

دانشمندان می‌گویند که اگر نتایج به درستی به دست بیایند و تحلیل شوند، هر محاسبات دیگری در زمینه فیزیک ذرات که تاکنون انجام شده است، بی‌اعتبار می‌شود. نتایج اولیه دو آزمایش نشان می‌دهد که ممکن است دیدگاه کلی فیزیک‌دانان در مسائل کیهانی از اساس دارای مشکل باشد و این خود دورنمایی است که فیزیک ذرات را مات و مبهوت می‌سازد.

در طی آزمایشی طولانی که در ایالات متحده و اروپا انجام شده بود، کوچک‌ترین ذرات در حین انجام دو آزمایش مطابق انتظار عمل نکردند. نتایج گیج‌کننده این دو آزمایش (البته اگر به درستی به اثبات برسند)، مشکلات عمده نگرش فیزیکدانان در توصیف و درک رویکرد جهان در مقیاس زیر اتمی را فاش می‌کنند.

«متیو مک‌کالو»، فیزیک‌دان نظری از سازمان تحقیقات هسته‌ای اروپا اظهار کرد که: «کشف این حقایق می‌تواند درک ما را از جهان فعلی تا حد زیادی افزایش بدهد.»

این آیین‌نامه به مدل استاندارد معروف است که حدود 50 سال قبل تدوین شد. تا به امروز، نتایج آزمایش‌هایی که بارها و بارها انجام شده است، نشان‌دهنده درست بودن تعبیرات از ذرات و نیروهای تشکیل دهنده و حاکم بر جهان بود؛ اما الان پای یک نیروی جدید در میان است.

فیزیکدان دانشگاه ایالتی وین، «الکسی پتروف» در این باره می‌گوید: «ذرات جدید و فیزیک نو می‌توانند فراتر از محدوده تحقیقاتی ما باشند؛ این موضوع بسیار هیجان‌انگیز است.»

فرمی‌لب اعلام کرد: «میدان مغناطیسی اطراف یک ذره زیر اتمی گذرا آن چیزی نیست که در مدل استاندارد باید باشد. این موضوع از نکات تکمیلی نتایج یک ماه اخیر برخورددهنده هادرونی بزرگ است که توسط CERN منتشر شد. این برخورددهنده در اثر برخورد‌های پرسرعت، به نسبت شگفت‌انگیزی از ذرات دست یافت.»

پتروف که در هیچ  یک از آزمایش‌ها شرکت نکرده بود، هنگامی که اولین بار در سال 2014 نکاتی در زمینه برخورددهنده هادرونی بزرگ آشکار شد به آن مشکوک بود. اما با ظهور نتایج جامع‌تر، او اضافه کرد که در حال حاضر محتاطانه به وجد می‌آید. «دیوید کاپلان»، فیزیکدان نظری از دانشگاه جان هاپکینز، هدف این آزمایشات را جدا کردن ذرات و کشف جزئیات جالب درون آن‌ها اعلام کرد که به ذرات و وجود فواصل میان آن‌ها مرتبط است:

«اسرار فقط در ماده زندگی نمی‌کنند، آنها در چیزی زندگی می‌کنند که به نظر می‌رسد تمام فضا و زمان را پر می‌کند. این‌ها میدان‌های کوانتومی هستند؛ ما در حال ایجاد انرژی در خلا  و تماشای خروجی آن هستیم.»

هر دو مجموعه نتایج شامل یک ذره زودگذر و عجیب به نام میون هستند؛ میون پسر عموی سنگین الکترون است که به دور مرکز اتم می‌چرخد. اما میون بخشی از اتم نیست، ناپایدار است و معمولاً فقط برای دو میکروثانیه وجود دارد. پس از کشف میون در پرتوهای کیهانی در سال 1936، دانشمندان چنان متحیر شدند که یک فیزیک‌دان مشهور پرسید: «چه کسی این دستور را داده است؟»

«گراتسیانو ونانزونی»، فیزیکدان تجربی در آزمایشگاه ملی ایتالیا که یکی از بهترین دانشمندان آزمایشگاه فرمی‌لب آمریکایی موسوم به2 Muon g- است، گفت:«این موضوع از همان ابتدای مطالعه باعث حیرت فیزیک‌دانان شد.»

این آزمایش میوئان‌ها را به دور یک مسیر مغناطیسی می‌فرستد که ذرات را به اندازه کافی پایدار نگه می‌دارد تا محققان بتوانند از نزدیک وضعیت را بررسی کنند. نتایج اولیه نشان می‌دهد که «چرخش» مغناطیسی میوئان‌ها یکدهم درصد کمتر از مقداری است که در مدل استاندارد پیش‌بینی شده است. این ممکن است زیاد به نظر نرسد، اما برای فیزیک‌دانان ذرات بسیار بزرگ است، بیش از اندازه‌ای است که درک فعلی را تحریف کند.

محققان برای تکمیل تجزیه و تحلیل نتایج حاصل از تمام دورهای 14 متر به یک یا دو سال دیگر زمان نیاز دارند. وننزونی گفت:«اگر نتایج بدون تغییر باقی بماند، کشفی بزرگ محسوب می‌شود.»

در بزرگترین دستگاه شکافت اتمی CERN، فیزیک‌دانان به طور جداگانه پروتون‌ها را با هم برخورد می‌دهند تا ببینند چه اتفاقی می‌افتد یکی از چندین آزمایش جداگانه روی ابزار ذرات، آن‌چه در هنگام برخورد ذراتی به نام زیبایی یا کوارک‌های پایین انجام می‌شود را اندازه‌گیری می‌کند. مدل استاندارد پیش‌بینی می‌کند که خرد کردن کوارک زیبایی می‌تواند منجر به تولید تعداد مساوی الکترون و میوئان‌ها شود.

«کریس پارکز»، رئیس آزمایش برخورددهنده هادرونی بزرگ در این باره می‌گوید: «این کار مثل هزاران بار شیر یا خط انداختن با یک سکه است، به صورتی که در نهایت ما تعداد مساوی از شیر و خط را داشته باشیم.» ولی این چیزی نیست که باید در آن لحظه رخ می‌داد.

محققان دانشگاه سیراکوز گفته‌اند که داده‌های چندین سال و چندین هزار مورد تصادف را مورد بررسی قرار دادند و دریافتند که 15 درصد اختلاف دارند و دارای الکترون به میزان قابل توجهی بیشتر از میوئان‌ها هستند.

هیچ یک از آزمایشات هنوز یک کشف رسمی خوانده نشده، زیرا ممکن است از نظر آماری عجیب باشد. محققان گفته‌اند انجام آزمایش‌ها بیش از یک بار می‌تواند به یک مورد فوق‌العاده سختگیرانه آماری برای فیزیک در یک یا دو سال برسد تا از آن به عنوان یک کشف استقبال کند.

کاپلان گفته: «اگر نتایج تغییر نکنند، هر محاسبه دیگری که در جهان فیزیک ذرات انجام شده است تغییر خواهد کرد به این صورت که این‌ها دیگر یاوه و سخن بیهوده نیست، بلکه اطلاعات نادرست و اشتباه است.» کاپلان توضیح داده که ممکن است ذره یا نیرویی وجود داشته باشد که هنوز کشف نشده باشد و بتواند این شرایط عجیب را توضیح دهد.

یا می‌تواند اشتباهاتی باشد مثل اتفاقی که در سال 2011 رخ داد؛ کشف عجیبی که به نظر می‌رسید ذره‌ای به نام نوترینو سریعتر از نور حرکت می‌کند، این مدل را به خطر انداخت، اما مشخص شد که نتیجه یک اتصال شل الکتریکی در آزمایش است. استون گفته: «ما تمام اتصالات کابل را بررسی کردیم و آنچه را که از دست ما بر می‌آمد را برای تأیید اطلاعات خود انجام دادیم، این موضوع باعث افزایش اعتماد به نفس ما تا حد زیادی شده است، اما شما هرگز متوجه این موضوع نخواهید شد.»