Bir süredir fizik dünyasını meşgul eden karanlıktan oluşan maddenin varlığına dair yeni ipuçları, bilimin temellerinin yeniden yazılabileceğine işaret ediyor. 1 Eylül’de LZ (LUX-ZEPLIN) işbirliği, dedektöründe tek bir karanlık madde parçacığının yol açmış olabileceği bir sinyal gözlemlediğini açıkladı — ancak bunun bilinen fizik süreçlerinden kaynaklanan sıradan bir veri salınımı da olması muhtemel.
heavier counterpart called a superpartner
Karnlıklı madde, evrende her yeri kaplayan ama yalnızca galaksiler ve diğer kozmik yapılar üzerindeki yerçekimi etkileriyle tespit edilen, kimliği belirsiz bir parçacık türü. 1 Eylül’de LZ işbirliği, dedektöründe karanlık madde parçacığının yol açmış olabileceği bir sinyal aldıklarını duyurdu — ama bunun yine de bilinen fizik süreçlerinden kaynaklanan sıradan bir veri salınımı olması ihtimali hâlâ var.
Algılamadan sonra arXiv.org’a, LZ’nin neyi gözlemlediğini açıklamaya çalışan onlarca makale yüklendi. İlgi büyük ölçüde “higgsino” adı verilen varsayılan bir parçacık türüne odaklandı. Teorik fizikçi Harikrishnan Ramani, Delaware Üniversitesi’nden, “Eğer bunu keşfedersek, bu supersimetriğin ilk keşfi olurdu,” diyor.
Supersimetri, bilinen her parçacığın karşılığında daha ağır bir süperpartnerı olduğunu öne sürüyor. Birden fazla fizik bulmacasını aynı anda çözebilecek bu fikir, sadık bir fizikçi kitlesinin peşinden geldiği bir yaklaşım. Bu varsayılan süperpartnerlardan biri — higgsino gibi — karnlık madde olabilir. Higgsino, 2012’de keşfedilen ve kütlenin kökenini açıklayan Higgs bozonunun süperpartnerı. MIT’li teorik fizikçi Tracy Slatyer, “Yıl 2000’de insanlara ‘en sevdiğiniz karnlık madde adayı ne?’ diye sorsaydınız, muhtemelen birçok kişi higgsinoyu söylerdi,” diyor.
supersymmetry’s popularity has waned
Son yıllarda süperçarpıştırmacıların simetrinin popülaritesi azaldı; parçacık çarpıştırıcıları onu destekleyecek kanıt bulamadı. Ancak LZ’nin karnlık madde ipucunu açıklamaya çalışırken higgsino ilk bakışta makul görünüyor. Slatyer, “Oldukça iyi işliyor gibi geliyor,” diyor.
LZ dedektörü, Güney Dakota’daki Lead kentindeki Sanford Yeraltı Araştırma Tesisi’nde yer alıyor ve büyük bir sıvı xenon tankından oluşuyor. Dedektör, xenonun içinden geçen karnlık maddeyi arıyor; xenona çarpıp bir xenon atomu çekirdeğini uzağa fırlatıyor. Bu beklenen nadir bir olay çünkü karanlıktan oluşan madde normal maddewith çok zayı etkileşiyor. LZ’nin gözlemlediği olayda çekirdek özellikle yüksek enerjiyle geri saçıldı. Çoğu karnlık madde türü hem yüksek hem de düşük enerjili geri saçılımlar üretirdi. Ancak LZ düşük enerjili hiçbir saçılım görmedi.
Eğer karanlıktan oluşan madde bir higgsino olsaydı, bu düşük enerjili olayların olmamasını açıklayabilirdi. Higgsino, tipik karnlık madde adaylarından farklı olarak iki farklı kütleye sahip olurdu. Çarpışma ancak higgsinoyu daha hafif kütlevi durumundan daha ağır duruma yükseltecek kadar yeterli enerji varsa meydana gelirdi. Bu da düşük enerjili çekirdek saçılımlarının gerçekleşmeyeceği anlamına gelir.
neutrinos should have been observed
LZ’nin açıklamasından bir gün sonra, arXiv’deki birkaç makale higgsino olasılığını öne sürdü. Texas Üniversitesi’nden (Austin) teorik fizikçi Katherine Freese, 1 Eylül’de sunulan böyle bir makalenin ortak yazarı: “İlk yazdığım makaleyi 24 saat içinde bitirdim,” diyor.
Ancak yapılan daha ayrıntılı araştırmalar higgsino açıklamasını daha az makul gösterdi. Örneğin, eğer higgsinolar varsa, Güneş‘te etkileşip yerçekimi çekimiyle orada hapsedilirdi. Supersimetri kavramlarına göre birbirlerini yok edip neutrino gibi yüksek enerjili parçacıklar üretirlerdi. Ramani ve bir meslektaşı 2 Eylül’de arXiv.org’a sundukları bu nötrinoların, Kutup Noktası’ndaki IceCube adlı nötrino dedektörü tarafından gözlenmiş olması gerekiyordu. Ancak böyle bir nötrino görülmedi.
Ve başka bir potansiyel sorun daha var. Slatyer ve meslektaşları, LZ makalesinin ek bölümündeki çok daha yüksek enerjilere bakılan bir grafiğe dikkat çekti. Eğer LZ raporladıkları enerjide bir higgsino görmüşse, bu daha yüksek enerjilerde bile more at these higher energies beklerlerdi; ekip 3 Eylül’de bunu bildirdi. Ancak LZ bu enerjilerde karnlık maddeye benzeyen hiçbir şey raporlamadı. LZ dedektörü bu enerjiler için kalibre edilmemişti, diyor Providence, Rhode Island’daki Brown Üniversitesi’nden fizikçi ve LZ sözcüsü Rick Gaitskell. “Bu olay bölgesinde tespit veya hatta tespite karşı herhangi bir resmi iddia ileri sürmedik,” diye yazdı Gaitskell mesajlaşma yoluyla. Ancak veriler ciddiye alınırsa, bu LZ’nin olayını higgsino ile açıklamayı daha da zorlaştırıyor.
Bu tüm faktörler düşünüldüğünde higgsino fikri biraz zorlama görünüyor. Ama yine de küçük bir esneklik alanı var. Olasılıklardan biri, higgsino’nun kütlesinin teorik fizikçilerin beklediği gibi yaklaşık proton kütlesinin 1.000 katı olmaması. Bu büyük kütle, higgsinoların evrende bugün gözlemlenen karanlıktan oluşan madde miktarını açıklamalarına izin vermek için seçildi. Yani değiştirmek tabloyu karmaşıklaştırır ama LZ’nin gördüğüyle daha iyi uyum sağlayabilir.
Ekstra esneklik alanı, karnlık madde parçacıklarının Samanyolu’ndaki olası hızlarından geliyor. Parçacıklar genellikle varsayılandan daha yüksek hızlara ulaşabilir ve bu da verilerin açıklamayı kolaylaştırabilir. Daha hızlı bir higgsino’nun LZ’de ortaya çıkması için, parçacığın iki kütvesi arasındaki daha büyük fark gerekir. Sonuçtaki daha büyük enerji farkı, higgsinoların Güneş’te nötrino üretme fırsatlarının azalması anlamına gelir ve böylece nötrino deneylerinin bu parçacıkları görmemesini açıklar.
Bu faktörlerle oynamakla, higgsino açıklamasının çalıştırılması hâlâ mümkün, diyor Freese. Yaklaşık proton kütlesinin 2.000 katı kadar higgsinolar could do the trick, Freese ve bir ortak yazar, 2 Ekim tarihli arXiv makalesinde bildiriyor. “Genel tablo: higgsinoyu seviyoruz ve şu an yaptığımız şey, önemli olduğunu düşündüğümüz ayrıntıları eklemek,” diyor.
investigated the possibilities
Ancak eğer o higgsino değilse, “belki aynı temel özelliklere sahip başka bir parçacık,” diyor Wisconsin-Madison Üniversitesi’nden teorik fizikçi Dan Hooper. Böyle parçacıklar supersimetriğin dayattığı kısıtlamalara tabi olmazdı. Örneğin, eğer parçacıklar Güneş’te birikirse, nötrino üretmek zorundaalmazlardı; bu yüzden IceCube’un onları görmemesinin önemi yoktu. Hooper ve meslektaşları 10 Eylül’de arXiv.org’a sundukları bir makalede investigated the possibilities. Ve 22 Eylül tarihli bir arXiv makalesinde, Hooper ve meslektaşları farklı sınıfı bir karnlık madde parçacığının versiyonunu önerdi; bu hem LZ’nin sonucunu hem de mysterious gamma rays — Samanyolu’nun merkezinden geldiği görülen yüksek enerjili ışığı — açıklayabilirdi.
Diğer fizikçiler tamamen farklı fikirler inceliyor; bunlar nötrino gibi varsayılan parçacık türlerini içeriyor. Bu arada bilim insanları, ek verilerin benzer olaylar gizleyip gizlemediğini görmek için LZ’den yeni sonuçları sabırsızlıkla bekliyor.
İtalya’daki Gran Sasso Ulusal Laboratuvarı’ndaki XENONnT gibi diğer karnlık madde deneyleri de buna bakıyor; mevcut verilerini tarayarak yüksek enerjili olaylar için kontrol ediyor. LZ’nin sonucu “kesinlikle bir çapraz doğrulamaya ihtiyaç duyuyor,” diyor Columbia Üniversitesi’nden fizikçi ve XENONnT söcüsü Elena Aprile.
Sonucun higgsino için kesin kanıt olmasa bile — ve bu karnlık madde olmayabilir olsa bile — bilim insanları olasılıkları keşfetmenin keyfini çıkarıyor. Ramani, “Onu istediğimiz gibi higgsino olmadığı gerçeği üzerine çığlık atmak yanlış olurdu,” diyor. “Doğa bize her şeyi bir seferinde vermeyebilir.”
1 yorum
Fikrinizi bir kaynak, soru veya yapıcı karşı görüşle geliştirin.