g-2 പരീക്ഷണവും സിദ്ധാന്തങ്ങളും

Read Time:7 Minute

ഡോ.എൻ.ഷാജി

കാന്തം എന്നാൽ എന്താണെന്ന് എല്ലാവർക്കുംതന്നെ അറിയാം. ഒരു സ്ഥിര കാന്തത്തെ മുറിച്ചു രണ്ടാക്കിയാൽ രണ്ടു ചെറു കാന്തങ്ങൾ ലഭിക്കും. ഇങ്ങനെ മുറിച്ചു മുറിച്ച് ഒരു ആറ്റം വരെ എത്തിയാലും അതിന് കാന്തികത ഉണ്ടാകും. ഇനി ഒരു ആറ്റത്തിൽ നിന്ന് ഒരു ഇലക്ട്രോണിനെ എടുത്താൽ അതും ഒരു ചെറിയ കാന്തമായിരിക്കും. നമുക്കറിയാവുന്ന സ്ഥിരകാന്തങ്ങളിൽ ഏറ്റവും ചെറുത് നമ്മുടെ കുഞ്ഞ് ഇലക്ട്രോൺ തന്നെ. ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് വൈദ്യുതചാർജ് ഉണ്ടെന്നു നമുക്കറിയാം. ഒരു ഇലക്ട്രോൺ എന്നത് ചാർജ് ഉള്ള ഒരു ചെറിയ ഗോളമാണെന്നും അത് സ്വയം തിരിഞ്ഞുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണെന്നും സങ്കല്പിച്ചാൽ അത് ഒരു കാന്തത്തെപ്പോലെ പെരുമാറുമെന്നു മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിയും. ക്ലാസ്സിക്കൽ ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിലെ നിയമങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചാൽ ആ കാന്തത്തിന്റെ ശേഷിയെ സൂചിപ്പിക്കുന്ന കാന്തിക മൊമെന്റ് എന്ന സംഗതിയേയും കണക്കാക്കിയെടുക്കാം. എന്നാൽ അങ്ങനെ കിട്ടുന്ന വിലയുടെ ഏതാണ്ട് രണ്ടിരട്ടിയാണ് യഥാർത്ഥത്തിൽ ഇലക്ട്രോണിന്റെ കാന്തിക മൊമെന്റ്.

യഥാർത്ഥ മൂല്യം ക്ലാസ്സിക്കൽ മൂല്യത്തിന്റെ കൃത്യം എത്ര ഇരട്ടിയാണെന്ന് സൂചിപ്പിക്കാൻ g എന്ന ഇംഗ്ലീഷ് അക്ഷരമാണ് ഉപയോഗിക്കുക. ഏറ്റവും കൃത്യമായ പരീക്ഷണങ്ങൾ പ്രകാരം ഇലക്ട്രോണിന്റെ കാര്യത്തിൽ ഇതിന്റെ മൂല്യം 2.002 319 304 362 എന്നാണ് കണ്ടിട്ടുള്ളത്. ക്വാണ്ടം ഭൗതികത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന ആശയങ്ങൾ പരിഗണിച്ച് ഡിറാക് എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞൻ കണക്കാക്കിയ മൂല്യം 2 എന്നതായിരുന്നു. എന്നാൽ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തെക്കൂടി പരിഗണിച്ചു നടത്തിയ കണക്കു കൂട്ടലുകളിൽ ഇതിന്റെ സൈദ്ധാന്തിക മൂല്യം 2.002 319 304 362 എന്നാണ് ലഭിച്ചത്. ഇതുതന്നെയല്ലേ നേരത്തെ പരീക്ഷണ മൂല്യമായി കിട്ടിയത് എന്ന് വായനക്കാർ സംശയിക്കാം. ശരിയാണ് ഇക്കാര്യത്തിൽ പരീക്ഷണവും സിദ്ധാന്തവും അത്രയധികം ഒത്തു പോകുന്നു എന്നതാണ് അത്ഭുതകരമായ കാര്യം.

ഇലക്ട്രോണിന്റെ അടുത്ത ബന്ധുക്കളാണ് മുവോണുകൾ (muons) എന്നറിയപ്പെടുന്ന കണങ്ങൾ ചാർജ്, സ്വയം ഭ്രമണം എന്നീ കാര്യങ്ങളിൽ ഇവയ്ക്ക് ഇലക്ട്രോണുമായി യാതൊരു വ്യാത്യാസവുമില്ല. എന്നാൽ ഇവയുടെ മാസ്സ് ഇലക്ട്രോണിന്റെ മാസ്സിന്റെ 207 ഇരട്ടി വരും. കൂടാതെ ഇവയുടെ ആയുസ്സ് കുറവാണ്. 2.2 മൈക്രോ സെക്കൻഡാണ് ആർധായുസ്സ്. അതായത് 100 മുവോണുകൾ കൈവശം ഉണ്ടെങ്കിൽ 2.2 മെക്രോസെക്കൻഡ് കഴിയുമ്പോൾ അവയുടെ എണ്ണം 50 ആകും. 4.4 മെക്രോ സെക്കൻഡ് കഴിയുമ്പോൾ അത് 25 ആകും. സെക്കൻഡിന്റെ ദശലക്ഷത്തിൽ ഒന്നാണ് ഒരു മൈക്രോസെക്കൻഡ്. എന്നാൽ പ്രകാശത്തോടടുത്ത വേഗത്തിൽ സഞ്ചരിച്ചാൽ അവയുടെ ആയുസ്സ് നീട്ടിക്കിട്ടും എന്ന് അപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം പറയുന്നു. മുവോണിനെ പരീക്ഷണങ്ങൾക്കു വിധേയമാക്കിയവർ അവയുടെ കാര്യത്തിലും g യുടെ മൂല്യം കണ്ടെത്താൻ ശ്രമിച്ചിട്ടുണ്ട്. അത് ഇലക്ട്രോണിന്റെ g യുടെമൂല്യത്തെക്കാൾ കുറച്ചു വ്യത്യസ്തമാണ്. അതിന്റെ പൊതുവെ അംഗീകരിച്ച സൈദ്ധാന്തിക മൂല്യം ഏകദേശം 2.00233183620 ആണ്. ഇതിലും അവസാന അക്കങ്ങളിലേക്കു വരുമ്പോൾ ചില തിരുത്തലുകൾക്ക് സാദ്ധ്യതയുണ്ട്. ഇപ്പോൾ റിപ്പോർട്ടു ചെയ്യപ്പെട്ട പരീക്ഷണങ്ങളിൽ നിന്നു കിട്ടിയിരിക്കുന്ന മൂല്യം 2.00233184122 എന്നതാണ്. ഇവ തമ്മിൽ ഒരു ചെറിയ വ്യത്യാസമുണ്ട്, നിസ്സാര വ്യത്യാസമാണ്. പക്ഷേ അത് തള്ളിക്കളയാവുന്നതാണോ? ഒരു പക്ഷേ അത് ഏതെങ്കിലും പിശകുകൾ വഴി വന്ന വ്യത്യാസമാകാം. കൂടുതൽ കണക്കുകൂട്ടലുകളും മെച്ചപ്പെട്ട പരീക്ഷണങ്ങളും വഴി ഈ വിടവ് അടത്തേക്കാം. ഇല്ലെങ്കിൽ പ്രപഞ്ചത്തിലെ അടിസ്ഥാന കണങ്ങളേയും അവ തമ്മിലുള്ള ബലങ്ങളേയും സംബന്ധിച്ച പ്രാമാണിക മാതൃകയിൽ തിരുത്തൽ വേണ്ടിവരും. അതായത് നിലവിലുള്ള സിദ്ധാന്തങ്ങൾ പൊളിച്ചു പണിയേണ്ടി വരും. ഒരു 50 വർഷമായി കണികാ ശാസ്ത്രജ്ഞർ നെഞ്ചേറ്റി നടക്കുന്ന സ്റ്റാൻഡാർഡ് മോഡലിനെ തള്ളിപ്പറയേണ്ടി വരുമെന്ന് സാരം.

The first result from the Muon g-2 experiment at Fermilab confirms the result from the experiment performed at Brookhaven National Lab two decades ago. Together, the two results show strong evidence that muons diverge from the Standard Model prediction. Image: Ryan Postel, Fermilab/Muon g-2 collaboration

ഈ കഥയിൽ ഒരു വഴിത്തിരിവ് ഇതിന്നിടയിൽ ഉണ്ടായിട്ടുണ്ട്. സൈദ്ധാന്തിക ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ മറ്റൊരു സംഘം വ്യത്യസ്തമായ രീതിയിൽ ഇതിന്റെ മൂല്യം കണക്കാക്കിയത് അടുത്തയിടെ 2021 ഏപ്രിൽ 7-നു തന്നെ പ്രസിദ്ധികരിച്ചു. അവരുടെ നിഗമനങ്ങൾ അനുസരിച്ച് അതിന്റെ വില 2.00233183908 ആണ്. ഇത് പരീക്ഷണങ്ങളോട് കൂടുതൽ അടുത്തു നില്കുന്നു. വിടവു കുറയുന്നു എന്നർത്ഥം. ഈ കണക്കു കൂട്ടലുകൾ മറ്റുള്ളവർ സ്വതന്ത്ര പരിശോധനകൾക്ക് വിധേയമാക്കിയിട്ടില്ല എന്നതിനാൽ അവസാന വാക്കായി എടുക്കാനും കഴിയില്ല. ഇനി ഇതു ശരിയായാൽ തന്നെ മറ്റു ചോദ്യങ്ങൾ വരും. എന്തു കൊണ്ട് രണ്ടു സംഘങ്ങൾ സൈദ്ധാന്തികമായി രണ്ടു രീതിയിൽ ഗണിച്ചെടുത്തപ്പോൾ ഉത്തരങ്ങൾ വ്യത്യസ്തമായി? ഇങ്ങനെ ചോദ്യങ്ങളും ഉത്തരങ്ങളും പരീക്ഷണങ്ങളും തിരുത്തലുകളും ഒക്കെയായി സയൻസ് മുന്നോട്ടു നീങ്ങുകയാണ്.