‍ 🔷 دانشمندان راه‌حلی برای "معمای میون" در فیزیک انرژی بالا ارائه کرده‌اند.

فیزیکدانان توضیحی برای این واقعیت ارائه کرده‌اند که داده‌های تجربی در مورد تعداد میون‌ها - ذرات بنیادی ناپایدار - در جو با محاسبات مطابقت ندارند. این ذرات در نتیجه برهم‌کنش پرتوهای کیهانی پرانرژی با جو زمین به‌وجود می‌آیند.

دانشمندان پیشنهاد کرده‌اند که علت اشتباهات در محاسبات نظری ممکن است دست کم گرفتن انرژی چنین پرتوهایی باشد. این انرژی معمولاً بر اساس قوانین و فرمول‌های مدل استاندارد پذیرفته شده عمومی محاسبه می‌شود که برهمکنش همه ذرات بنیادی را توصیف می کند. به نظر می‌رسد که اثرات فیزیک جدید در انرژی‌های بالا، تخمین انرژی پرتوهای کیهانی را به طور قابل توجهی سوگیری می کند، که منجر به تعداد نادرست مورد انتظار میون می شود.

ذرات بنیادی با انرژی بسیار زیاد که پرتوهای کیهانی نامیده می‌شوند، دائماً از فضا به سمت زمین پرواز می‌کنند. هنگامی که آنها وارد جو می‌شوند، با ماده هوا برخورد می‌کنند و تعداد زیادی ذرات ثانویه (پروتون، نوترون، پیون و غیره) تولید می‌کنند. آنها به نوبه خود به تعامل یا پوسیدگی ادامه می‌دهند و نسل جدیدی از ذرات را به وجود می آورند. در نتیجه، به اصطلاح یک دوش هوای گسترده ایجاد می شود - بهمنی از ذرات که می‌توانند با استفاده از آشکارسازها روی سطح زمین شناسایی شوند. 

در عین حال، محصولات یک باران گسترده جوی - ذراتی که به سطح زمین می رسند - حاوی اطلاعاتی در مورد تمام واکنش هایی هستند که قبل از تشکیل آنها در لایه های بالایی جو رخ داده است. بنابراین، با کمک آنها می توان خواص و ویژگی های انتشار پرتوهای کیهانی و همچنین قوانین فیزیک ذرات بنیادی در انرژی های بالا را مطالعه کرد. با این حال، محققان با به اصطلاح "معمای میون" روبرو هستند - وضعیتی که در آن آشکارسازهای زمینی بسیار بیشتر از آنچه شبیه‌سازی‌های کامپیوتری پیش‌بینی می‌کنند یکی از محصولات بارش‌های هوای گسترده - میون‌ها - را در جو شناسایی می‌کنند. 

دانشمندان متوجه شدند که آزمایش‌ کنندگان انرژی ذرات اولیه در پرتوهای کیهانی را از تعداد الکترون‌های روی زمین محاسبه می‌کنند. نویسندگان پیشنهاد کردند که این رویکرد ممکن است به برآوردهای نادرست منجر شود. بنابراین، اگر معلوم شود که انرژی ذره اولیه دست کم گرفته شده است (زمانی که مقادیر محاسبه شده کمتر از مقادیر واقعی هستند)، باید انتظار داشته باشیم که در واقعیت تعداد میون های تولید شده توسط آن در جو بیشتر باشد. این احتمالاً همان چیزی است که تأسیسات مدرن در عمل می‌بینند. 

انرژی ذره اولیه ممکن است دست کم گرفته شود زیرا فیزیک در مقیاس پرتوهای کیهانی پرانرژی از پیش‌بینی‌های نسبیت خاص انحراف دارد. یعنی روش‌های محاسبه استاندارد با روابط عمومی پذیرفته‌شده بین انرژی و تکانه ذرات انرژی را به اشتباه بازیابی می‌کند.

بنابراین، ما فرض کردیم که این جریان ذره‌ای در حالت بالا لازم است که اصلاح شود . آندری شروفیف،از موسسه تحقیقات هسته‌ای RAS، شرکت‌کننده در این پروژه توضیح می‌دهد.

برای آزمایش این فرضیه، فیزیکدانان با استفاده از یک رابطه جدید - اصلاح شده برای انرژی های بالا - بین انرژی و تکانه، توسعه بارش های هوای گسترده را به صورت ریاضی مدل کردند. معلوم شد که در این مورد می توان به طور عملی "معمای میون" را حل کرد: اندازه شبیه سازی شده اثر از دست کم گرفتن انرژی با اندازه گیری شده در آزمایش های مطالعه باران های هوای گسترده همگرا می شود.

علیرغم این واقعیت که ما در مورد فیزیک در مقیاس های انرژی صحبت می کنیم که با استانداردهای یک آزمایش آزمایشگاهی کاملاً باورنکردنی است، سناریویی که ما پیشنهاد می کنیم به وضوح قابل آزمایش است. اگر طیف میون را در تأسیسات اندازه گیری کنیم و آن را با شبیه سازی مقایسه کنیم که انرژی بالاتر ذره اولیه را در نظر می گیرد، باید توضیح دقیقی پیداکنیم.

این پژوهش می‌تواند به درک بهتر از واکنش‌های پرتوهای کیهانی و قوانین ذرات بنیادی در انرژی‌های بالا کمک کند و می‌تواند به مطالعه دقیق‌تر این مفاهیم فیزیکی کمک کند.


https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.111.063010

➡️ Science Persian