W ബോസോൺ സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ ഇടിച്ചു പൊട്ടിച്ചോ?


മനോഷ് ടി.എം.

സയൻസ് എന്ന അമേരിക്കൻ ജേണലിൽ ഈയിടെ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഈ കണ്ടെത്തൽ ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിലെ നമ്മുടെ നിലവിലെ അറിവുകളെ പൊളിച്ചെഴുതാൻ കെല്പുള്ളതാണെന്ന് പറയപ്പെടുന്നു. എന്നാലെന്താണ് വാസ്തവമെന്ന്  നോക്കാം.

അമേരിക്കയിലെ ഫെർമിലാബിന്റെ കീഴിലുള്ള CDF (Collider Detector at Fermilab) എന്ന സംഘത്തിന്റെ ടെവട്രോണിൽ നിന്നുള്ള ഡാറ്റയുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ W ബോസോണിന്റെ ഭാരം വളരെ കൃത്യമായി അളന്നു എന്നാണ് പറയുന്നത്. പരീക്ഷണത്തിന്റെ വിശദാംശങ്ങൾ പരിശോധിക്കുന്നതിന് മുമ്പ്, കണികാ ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിന്റെ സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ എന്നത് എന്താണെന്ന് നമുക്ക് മനസ്സിലാക്കാം. കണികാ ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിന്റെ പ്രാമാണിക മാതൃകയായ സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന കണങ്ങളെ ക്കുറിച്ച് പ്രതിപാദിക്കുന്നു. സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡലിൽ 6 ലെപ്ടോണുകൾ, 6 ക്വാർക്കുകൾ, 4 ഗേജ് ബോസോണുകൾ, ഒരു ഹിഗ്സ് ബോസോൺ എന്നിവയുണ്ട്. ഈ അടിസ്ഥാന കണികകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് നമുക്ക് ചുറ്റുമുള്ള പ്രപഞ്ചത്തിലെ എല്ലാമെല്ലാം നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഇവയിൽ, സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡലിന്റെ അവസാനത്തെ പസിൽ ഹിഗ്സ് ബോസോണാണ്‌ എന്നാണ് നമ്മൾ കരുതിയിരുന്നത്. ഹിഗ്സ് ബോസോൺ മുകളിൽ പറഞ്ഞ അടിസ്ഥാന കണങ്ങൾക്ക് മാസ്റ്റ് (mass, പിണ്ഡം, ദ്രവ്യമാനം) നൽകുന്നു. W ബോസോണിനും അതിന്റെ മാസ്സ് ലഭിക്കുന്നത് ഹിഗ്സ് മെക്കാനിസത്തിലൂടെയാണ് എന്നാണ് ശാസ്‌ത്രലോകം പറയുന്നത്.

ലോകമെമ്പാടുമുള്ള പരീക്ഷണങ്ങളുടെ  ഫലമനുസരിച്ച് W ബോസോണിന്റെ മാസ്സ് 80.357 +/- 0.004 GeV ആണ്. ഈ മൂല്യം സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡലിന്റെ സൈദ്ധാന്തിക പ്രവചനവുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു. സൈദ്ധാന്തിക പ്രവചനം 80.356 GeV നും 80.357 GeV നും ഇടയിലാണ്. CDF പരീക്ഷണം W ബോസോണിന്റെ പിണ്ഡം 80.4335 +/- 0.0094 GeV എന്ന മൂല്യം കണക്കാക്കുന്നു. അങ്ങനെ, സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡലിന്റെ സൈദ്ധാന്തിക പ്രവചനവും CDF പരീക്ഷണത്തിന്റെ പരീക്ഷണ ഫലങ്ങളും തമ്മിൽ പൊരുത്തക്കേടുണ്ട്. W ന്റ  മാസ്സ് കണക്കാക്കുന്നതിനെക്കുറിച്ചുള്ള പുതിയ ട്രെൻഡിംഗ് വാർത്തയുടെ സംഗ്രഹമാണിത്.

 

കടപ്പാട് : CDF Collaboration, T. Aaltonen et al., Science, 2022

LHC പരീക്ഷണാത്മക മൂല്യങ്ങളേക്കാൾ  എന്തുകൊണ്ട് CDF പരീക്ഷണ മൂല്യം മികച്ചതാണ്?

ഓരോ ഡിറ്റക്ടറിനും സമീപം CDF പരീക്ഷണങ്ങളേക്കാൾ 10 മടങ്ങ് കൂടുതൽ കൂട്ടിയിടികൾ LHC (Large hadron Collider) പരീക്ഷണങ്ങളിൽ നടക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, വലിയ അളവിലുള്ള ഡാറ്റ ഉണ്ടായിരുന്നിട്ടും, LHC-ക്ക് കൂടുതൽ സ്റ്റാറ്റിസ്റ്റിക്കൽ ആയതും സിസ്റ്റമാറ്റിക് ആയതുമായ അനിശ്ചിതത്വങ്ങളുണ്ട്, കാരണം അത്തരം ഉയർന്ന ഊർജ്ജത്തിൽ ഭൗതികശാസ്ത്രത്തെക്കുറിച്ച് നമുക്ക്  അറിവ് കുറവാണ്. മറുവശത്ത്, CDF പരീക്ഷണം LHC യെക്കാൾ വളരെ താഴ്ന്ന ഊർജത്തിലാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്, കൂടാതെ നമുക്ക്  പ്രസക്തമായ ഡാറ്റ തിരഞ്ഞെടുക്കേണ്ട പശ്ചാത്തല ഡാറ്റയും കുറവാണ്. അതിനാൽ CDF പരീക്ഷണ ഫലങ്ങൾ നിലവിലുള്ള മറ്റുള്ളവയുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ വളരെ മികച്ചതായിരിക്കണം.

Experimental measurements and theoretical predictions for the W boson mass. Credit:  CDF Collaboration, T. Aaltonen et al., Science, 2022

CDF പരീക്ഷണം തെറ്റാകുമോ?

ഭൗതികശാസ്ത്രം ഒരു പരീക്ഷണാത്മക ശാസ്ത്രമാണ്. ചില പരീക്ഷണാത്മക ഡാറ്റ ഉപയോഗിച്ച് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞർക്ക് അളക്കാൻ കഴിയുന്നത് പരിശോധിക്കാൻ മാത്രമേ കഴിയൂ. എന്നാൽ അളവുതന്നെ തെറ്റിയാലോ? അത്തരം സാഹചര്യങ്ങളിൽ, മറ്റൊരു പരീക്ഷണം ഉപയോഗിച്ചോ അതേ പരീക്ഷണം വഴിയോ നമ്മൾ അളവിന്റെ മൂല്യനിർണ്ണയം തേടുന്നു. ഈ രീതി ഉപയോഗിച്ച് നമുക്ക് മുമ്പത്തെ ഫലങ്ങൾ സ്ഥിരീകരിക്കാനോ നിരസിക്കാനോ കഴിയും. അതിനാൽ, ഇപ്പോൾ നമുക് CDF ഫലങ്ങൾ സ്വീകരിക്കാനോ നിരസിക്കാനോ കഴിയില്ല. W ബോസോണിന്റെ പിണ്ഡത്തിന്റെ കൃത്യമായ അളവെടുപ്പ് നടത്തുന്നതിന് മറ്റൊരു മത്സര പരീക്ഷണത്തിനായി കാത്തിരിക്കുക എന്നതാണ് നമ്മൾക്ക്  ചെയ്യാൻ കഴിയുന്ന ഏറ്റവും മികച്ച കാര്യം, അല്ലെങ്കിൽ കൂടുതൽ കാലിബ്രേറ്റ് ചെയ്ത വിശകലന ഉപകരണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച്  വിശകലനം ആവർത്തിക്കാൻ CDF പരീക്ഷണത്തെ അനുവദിക്കുക.

ലോകമെമ്പാടുമുള്ള 400 ഓളം പ്രമുഖ ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ ഒരു പതിറ്റാണ്ട് നീണ്ട പരിശ്രമമാണ് CDF പരീക്ഷണം. ഫലം പ്രഖ്യാപിക്കുന്ന ലേഖനം ലഭ്യമായ ഏറ്റവും പ്രശസ്തമായ ജേണലുകളിലൊന്നായ സയൻസിലാണ് വന്നത്. ലേഖനം ശരിയാണോ അല്ലയോ എന്ന് ഇത് തെളിയിക്കുന്നില്ലെങ്കിലും, നമുക്ക് അറിയാവുന്നതിലും കൂടുതൽ കണ്ടെത്താനുണ്ടെന്ന് നമുക്ക് ഉറപ്പിക്കാം.


അധികവായനയ്ക്ക്

  1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abk1781
  2. https://bigthink.com/starts-with-a-bang/hole-in-the-standard-model/

Leave a Reply