ETH Zürih’ten araştırmacıların Almanya ve Avustralya’daki ekiplerle birlikte yürüttüğü çalışma, hassas atomik ölçümler aracılığıyla fizik kuramlarının sınırlarını test ediyor. Elde edilen veriler, evreni açıklamakta yetersiz kalan Standart Model’in ötesine geçebilecek etkilere dair bazı ipuçları içeriyor olabilir.

Araştırma, temel parçacıklar ve etkileşimleri tanımlayan Standart Model’in halen çözülememiş pek çok sorunu açıklamakta yetersiz kaldığı fikrinden yola çıkıyor. Örneğin, karanlık madde ya da evrendeki kütlenin büyük kısmını oluşturan görünmeyen yapılar, bu modelle tam olarak açıklanamıyor. Bu nedenle bilim insanları, modelin ötesine geçebilecek yeni kuvvetler ya da parçacıklar olasılığını araştırmaya devam ediyor.

Son çalışmada, araştırmacılar kalsiyum atomlarını kullanarak, farklı izotoplar arasında gerçekleşen atomik geçişleri son derece hassas biçimde inceledi. Özellikle “izotop kaymaları” olarak bilinen küçük farklılıklar üzerinde duruldu. Bu farklılıklar, bazı teorilere göre yeni bir temel kuvvetin ipuçlarını taşıyor olabilir.

Deneylerde, beş farklı kalsiyum izotopu kullanıldı: Ca⁴⁰, Ca⁴², Ca⁴⁴, Ca⁴⁶ ve Ca⁴⁸. Bu izotoplarda, belirli enerji geçişleri incelendi. Araştırma sırasında iki farklı izotop aynı anda aynı tuzak içinde tutuldu ve aralarındaki frekans farkları Sub-Hertz düzeyinde, yani olağanüstü bir hassasiyetle ölçüldü. Bu yaklaşım sayesinde, ortam kaynaklı gürültüler ortadan kaldırılarak ölçüm doğruluğu artırıldı.

Çalışmanın temel analiz yöntemi ise “King grafiği” adı verilen bir veri görselleştirme tekniğiydi. Bilinen fizik kurallarına göre bu grafikteki verilerin doğrusal bir çizgi üzerinde sıralanması gerekiyor. Ancak araştırma sonunda elde edilen grafik, bu beklentinin dışına çıktı. Verilerdeki belirgin sapma, istatistiksel olarak anlamlı kabul edilen bir seviyeye ulaştı.

ETH Zürih’ten fizik profesörü Diana Prado Lopes Aude Craik, bu sapmanın sadece bilinen nükleer fizik etkileriyle açıklanamayacağını vurguluyor. Yapılan hesaplamalara göre, Standart Model’de tanımlı etkilerden en büyüğü olan ikinci derece kütle kayması, gözlenen bu eğriliği açıklamakta yetersiz kalıyor. Araştırmacılar, bu sapmanın muhtemel nedeni olarak “nükleer polarizasyon” etkisine işaret ediyor. Bu etki, atom çekirdeğinin çevresindeki elektronların küçük değişimlere yol açmasıyla ortaya çıkıyor, ancak halen tam olarak anlaşılmış değil.

Her ne kadar elde edilen bulgular “yeni bir fizik kuramı”nın doğrudan kanıtı olmasa da, olasılıkları daraltarak bazı teorilerin sınırlarını yeniden çiziyor. Araştırmacılar bu verilerle, henüz doğrulanmamış bir parçacığın taşıyabileceği beşinci temel kuvveti tanımlayan “Yukawa etkileşimi”ne dair kısıtlamaları daha da sıkılaştırdı. Ölçümler, bu hayali bozonun kütlesinin 10 eV/c² ile 10⁷ eV/c² arasında olabileceğini öne sürüyor.

Araştırma ekibi, şimdi üçüncü bir geçiş hattı üzerinde daha yüksek hassasiyetle ölçüm yapmaya hazırlanıyor. Elde edilecek yeni verilerle, mevcut sapmanın kökenine dair daha net sonuçlara ulaşmak ve olası yeni kuvvetleri tanımlamak hedefleniyor.