भौतिकीविदों ने प्रकृति की पाँचवीं शक्ति ढूँढने में दशक बिताया, कोई नहीं मिली, दुखद

दशकों से, भौतिकीविद् म्यूऑन नामक एक छोटे उप-परमाणु कण को घूर रहे थे और एक संभावित पाँचवीं शक्ति के बारे में उत्साहपूर्वक फुसफुसा रहे थे। अब, पेन स्टेट के एक भौतिकीविद् के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय शोध दल ने पूरे मामले पर पानी फेर दिया है। नेचर पत्रिका में प्रकाशित उनके निष्कर्ष बताते हैं कि म्यूऑन के चुंबकीय व्यवहार में लंबे समय से देखी गई विसंगति नए भौतिकी का संकेत नहीं थी - यह सिर्फ एक गणित की समस्या थी।

रहस्य म्यूऑन के इर्द-गिर्द घूमता था, एक अल्पकालिक कण जो मूलतः इलेक्ट्रॉन का अधिक मांसल चचेरा भाई है, जिसका वजन लगभग 200 गुना अधिक है। 60 वर्षों से अधिक समय से, म्यूऑन के चुंबकीय आघूर्ण - यह कितनी मजबूती से एक छोटे चुंबक की तरह व्यवहार करता है - के माप स्टैंडर्ड मॉडल, सभी ज्ञात मूलभूत कणों और बलों के नियम पुस्तिका, की भविष्यवाणियों से असहमत प्रतीत होते थे। इस बेमेल ने सभी को अज्ञात कणों या सामान्य चार से परे एक आकर्षक नई "पाँचवीं शक्ति" की उम्मीद जगा दी।

"पिछले 60 वर्षों या उससे अधिक में कई गणनाएँ हुईं, और जैसे-जैसे वे अधिक सटीक होती गईं, वे सभी एक विसंगति और एक नई अंतःक्रिया की ओर इशारा करती थीं जो भौतिकी के ज्ञात नियमों को उलट देती," पेन स्टेट में भौतिकी के प्रतिष्ठित प्रोफेसर और अध्ययन के प्रमुख लेखक ज़ोल्टन फोडोर ने कहा। "हमने इस विसंगति मात्रा की गणना करने के लिए एक नई विधि लागू की, और हमने दिखाया कि यह वहाँ नहीं है। यह नई अंतःक्रिया जिसकी हमें उम्मीद थी, वह बस वहाँ नहीं है। पुरानी अंतःक्रियाएँ मान को पूरी तरह से समझा सकती हैं।"

टीम ने अपनी गणना को परिष्कृत करने में एक दशक से अधिक समय बिताया, अंततः सैद्धांतिक भविष्यवाणियों और प्रायोगिक मापों को आधे मानक विचलन से भी कम के भीतर सहमति में लाया। परिणाम 11 दशमलव स्थानों तक स्टैंडर्ड मॉडल की पुष्टि करता है और इस विशेष माप में अज्ञात भौतिकी के छिपे होने की संभावनाओं को काफी कम करता है।

"लोग मुझसे पूछते हैं कि यह खोज करने पर कैसा महसूस होता है, और ईमानदारी से कहूँ तो, मैं कुछ दुखी महसूस करता हूँ," फोडोर ने स्वीकार किया। "जब हमने इस मात्रा की गणना शुरू की, तो हमने सोचा कि हम एक नई पाँचवीं शक्ति के लिए एक अच्छी और विश्वसनीय गणना करने जा रहे हैं। इसके बजाय, हमने पाया कि कोई पाँचवीं शक्ति नहीं है। हमने न केवल स्टैंडर्ड मॉडल, बल्कि क्वांटम फील्ड थ्योरी का भी एक बहुत सटीक प्रमाण पाया, जो वह नींव है जिस पर स्टैंडर्ड मॉडल बनाया गया था।"

शोध म्यूऑन के विषम चुंबकीय आघूर्ण, या g−2 पर केंद्रित था, जो ठीक दो के अपेक्षित मान से एक छोटा विचलन है। चूँकि म्यूऑन इलेक्ट्रॉनों से भारी होते हैं, वे क्षणिक क्वांटम प्रभावों - खाली स्थान में अस्तित्व में आने और गायब होने वाले कणों - के प्रति असामान्य रूप से संवेदनशील होते हैं। 1960 और 1970 के दशक में CERN में प्रयोग, बाद में ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी में, और हाल ही में फर्मी नेशनल एक्सेलेरेटर लेबोरेटरी में, सभी ने इसे उल्लेखनीय सटीकता से मापा, जिससे मौलिक भौतिकी में ब्रेकथ्रू पुरस्कार मिला। लेकिन संख्याएँ कभी भी सिद्धांत से पूरी तरह मेल नहीं खाती थीं - अब तक।

मुख्य सिरदर्द प्रबल बल से आया, जो चार ज्ञात बलों में सबसे शक्तिशाली है, जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के अंदर क्वार्क को एक साथ बांधता है। गुरुत्वाकर्षण या विद्युत चुंबकत्व के विपरीत, प्रबल बल कणों के दूर जाने पर मजबूत होता है - एक रबर बैंड की तरह जो जितना खींचते हैं उतना कसता है। म्यूऑन के व्यवहार की सटीक भविष्यवाणी करने के लिए, टीम ने लैटिस क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स का उपयोग किया, एक कम्प्यूटेशनल तकनीक जो सुपरकंप्यूटर पर स्थान और समय को एक अत्यंत महीन ग्रिड में विभाजित करके प्रबल बल का अनुकरण करती है।

"पुरानी पद्धति में हजारों प्रायोगिक परिणामों को एकत्र करना और एकल संख्या, म्यूऑन का चुंबकीय आघूर्ण प्राप्त करने के लिए उनकी पुनर्व्याख्या करना शामिल था," फोडोर ने कहा। "हमारा दृष्टिकोण पूरी तरह से अलग था। हमने स्पेसटाइम को बहुत छोटी कोशिकाओं, एक जाली में विभाजित किया, फिर हमने उस पर स्टैंडर्ड मॉडल के समीकरणों को हल किया।"

पिछले दशक में, टीम ने छोटी और मध्यम दूरी के लिए जाली गणनाओं को बड़ी दूरी के लिए अत्यधिक विश्वसनीय प्रायोगिक मापों के साथ जोड़ा, अनिश्चितता को कम करने के लिए पिछले अध्ययनों की तुलना में महीन जाली का उपयोग किया। अंतिम गणना म्यूऑन के चुंबकीय आघूर्ण का अब तक का सबसे सटीक निर्धारण है।