Uzun zamandır yapılan çalışmalara rağmen, karanlık maddenin varlığına dair doğrudan bir kanıt bulunamaması, bilim insanlarını karanlık maddenin ne olabileceği konusunda geniş kapsamlı düşünmeye yöneltiyor.
Şimdi, güçlü bir parçacık hızlandırıcı kullanarak, Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'ndaki (Fermilab) araştırmacılar, çok hafif bir karanlık madde formu yaratmaya çalıştılar ve yakın zamanda sonuçlarını yayınladılar.
Onlarca yıldır araştırmacılar karanlık maddeyi, bir protondan yüzlerce hatta binlerce kat daha ağır kütleye sahip kararlı, elektriksel olarak nötr, atom altı bir parçacık olarak hayal ettiler. Bu karanlık madde parçacıkları, belki de yalnızca yerçekimi kuvvetini deneyimleyerek, sıradan madde ile çok zayıf bir şekilde etkileşime giriyor.
Böyle varsayımsal bir parçacığa, Zayıf Etkileşime Giren Büyük Parçacık, WIMP adı verilir. Aynı yıllarda, bu modeli doğrulamak veya tahrif etmek için birçok çaba sarf edildi, ancak hiçbir WIMP bulunamadı.
WIMP'lerin bulunamaması, bazı araştırmacıların diğer alternatifleri düşünmesine neden oldu. Ya karanlık madde çok daha hafifse, diyelim ki milyarlarca kat daha hafifse?
Bu varsayım aşırı görünse de, başka bir kuantum gizemini araştıran araştırmacılar, farklı bir olası karanlık madde parçacığını tahmin eden bir teori geliştirdiler. Bu karanlık madde adayına eksen denir.
Güçlü nükleer kuvvet, atom çekirdeğini bir arada tutan kuvvettir. Davranışını açıklayan teori, güçlü kuvvetin madde ve antimaddeyi farklı şekilde ele alabileceğini, ancak kesin ölçümlerin hiçbir fark göstermediğini söylüyor. Herkesin belirleyebildiği kadarıyla, güçlü kuvvet madde ve antimaddeyi aynı şekilde ele alıyor.
Totaliter ilke denen bir ilke vardır, “Yasak olmayan her şey zorunludur” der. Başlangıçta politik bir ortamda hazırlanmış olan bu aforizma, fizik camiası tarafından benimsenmiştir. Esasen, olabilecek her şeyin olacağı anlamına gelir. Olmazsa, aksi takdirde olası davranışı yasaklayan bazı fiziksel fenomenler vardır. Peki, kuvvetli kuvvetin madde ve antimadde için farklı şekilde etkileşmesini engelleyen nedir?
Bu sorunun cevabı bilinmemekle birlikte, 1977'de Roberto Peccei ve Helen Quinn, güçlü kuvvetin madde ve antimadde arasındaki farklara izin verme yeteneğini tam olarak dengeleyen bir teori önerdiler. Bu teorinin sonuçlarından biri, eksen adı verilen bir parçacığın varlığını tahmin etmesidir. Axion çok az kütleye sahip olacak, elektriksel olarak nötr olacak ve Big Bang'in ilk anlarında büyük miktarlarda yaratılmış olacaktı. Bu nedenle, aksiyon, aday bir karanlık madde parçacığıdır.
Axion keşfedilmeden kaldığı için kütlesi bilinmiyor. Bununla birlikte, birçok hesaplama, kütlesinin çok küçük olması gerektiğini, yani bir elektronun kütlesinin milyarda biri kadar olduğunu öne sürüyor. Araştırmacılar, çeşitli akıllı teknikler kullanarak bu çok düşük kütleli eksenleri aradılar, ancak bu çabalar hiçbir sonuç vermedi.
Düşük kütle eksenlerinin bulunamaması göz önüne alındığında, araştırmacılar başka bir hipotezi düşündü. Axion'un beklenenden daha büyük bir kütleye sahip olduğunu, diyelim ki bir elektronun kütlesinin birkaç yüz ile birkaç bin katı arasında olduğunu varsayalım. Böyle bir aksiyon aramak için herhangi bir girişimde bulunulmadığı için, Fermilab'daki araştırmacılar bunları aramak için ArgoNeuT detektörü adı verilen bir aparat kullandılar.
ArgoNeuT dedektörü, nötrino etkileşimlerini incelemek için bir nötrino ışınına yerleştirilmiş çeyrek ton sıvı argon kullanır. Bu daha ağır eksenler varsa, ArgoNeuT detektöründe bir çift müon parçacığına dönüşebilirler. Müonlar temel olarak ağır elektronlardır ve gözlemlenmesi çok kolaydır. Araştırmacılar, Fermilab hızlandırıcısını kullanarak 125 milyar milyar (1,25 × 1020 ) yüksek enerjili protonu bir hedefe çarptırdı ve üzerinde çalışılması gereken muazzam sayıda nötrino elde etti.
Araştırmacılar, eksenler olmasaydı, uygun özelliklerle yaratılan iki müonun birden az örneğini göreceklerini hesapladılar. Deney yapıldığında, gerekli iki müon üretiminin hiçbir örneği gözlemlenmedi. Ölçümün eksensiz bir tahminle uyuşması, ArgoNeuT detektöründe hiçbir eksenin gözlenmediği anlamına gelir. Araştırmacılar bundan yola çıkarak, iki muona ayrışan ağır eksenlerin üretilme olasılığını ortadan kaldırabildiler.
Bir olguyu gözlemleyememek, hiçbir zaman bir şeyi gözlemlemek kadar heyecan verici değildir, ancak deney yine de başarılıydı. Araştırmacıların karanlık maddenin var olduğuna ve çok hafif karanlık maddenin gökbilimcilerin gözlemlerini açıklayabileceğine inandıkları göz önüne alındığında, tüm olasılıkların araştırılması önemlidir.
Kaynak: https://bigthink.com/hard-science/researchers-attempt-create-dark-matter-axions
Comments