Başlık: Bilim Dünyasında Şok: Karanlık Maddeyi Bulduk mu?
İçerik:
Dünya’nın en büyük karanlık madde arama projesi, açıklayamadığı bir parçacığı tespit etti.
Güney Dakota’daki Black Hills’in bir mil altında, 16 Haziran 2023 tarihinde saat 15:22 ve 39 saniyede, ani bir ışık parlaması yaşandı. Bu olay, altın madeni olarak kullanılan bir mağarada, son derece soğuk bir sıvı dolu kapta gerçekleşti. Kap tarafından çekilen kameralar bu anı kaydetti ve aynı anda, sıvı içinde bulunan ince tellerden oluşan bir ağ üzerinden elektrik akımı geçti.
Bu kap, LUX-ZEPLIN (LZ) deneyinin merkez parçasıdır. LZ, fizikçilerin karanlık maddeyi yakalamaya ve incelemeye çalıştığı çeşitli projelerden biridir. Karanlık maddenin her yerde olduğuna inanılıyorlar, ancak henüz tespit edilemiyor. Fizikçiler son 40 yıldır bu arayış içinde, dünyanın en sessiz ve izole yerlerinde dedektörler kullanarak karanlık maddenin “fısıltılarını” yaklamaya çalışıyorlar. Ancak şimdiye kadar, her seferinde sonuç alamadılar; kaydedilen her ışık parlaması veya elektrik akımı için daha basit açıklamalar bulundu.
Bu olay ise farklı. Elektrik ve ışığın birleşimi, bilinmeyen bir parçacığın bir atomun çekirdeğiyle çarpıştığını gösteriyor. Bu olay, “arka plan” olarak adlandırılan ve karanlık maddeyi taklit eden diğer olaylara benzemiyor.
Ancak bu çarpışma, fizikçilerin aradığı karanlık madde sinyaliyle de uyumlu değil; yani tam bir gizem. Ancak 40 yıllık boşluğun ardından, bu yeni gizem heyecan verici.
“Pozitif bir sonuç için 40 yıldır bekliyordum,” diyor Teksas Üniversitesi’nde teorik fizikçi olan Katherine Freese. “Bu nedenle LZ sonuçlarından çok heyecanlıyım.”
LZ ekibi, bugün Japonya’daki TeVPA konferansında bu bulguyu sundu. İlgili makale Physical Review Letters dergisinde yayınlanacak. Projenin en iyi tahminlerine göre, bu olayın istatistiksel bir tesadüf olma olasılığı yaklaşık %0,5.
Gözlemlerimizle tutarlı olmayan bir evren var: Gözlemlerimizle tutarlı olan şey, görünür maddeyle açıklanamayan beş kat daha fazla “görünmez” maddenin olmasıdır. Bu karanlık madde her yerde ve bol miktarda bulunuyor, ancak neyden oluştuğu bilinmiyor.
LZ gibi dedektörler, karanlık maddenin “Zayıf Etkileşimli Kütleli Parçacıklar” (WIMP’ler) adı verilen parçacıklardan oluştuğu varsayımına dayanır. Bu parçacıklar genellikle normal maddeden geçerken, çok nadiren onunla etkileşime girerek atomların çekirdekleriyle çarpışabilir. LZ ve benzeri projeler, bu çarpışmaları yakalamak için mümkün olduğunca çok atomu en sessiz ortamlarda topluyor.
Ancak bazen, yer altındaki sessizliği bozan radyoaktivite izleri ortaya çıkabiliyor. Fizikçiler bu olayları karanlık madde sinyallerinden ayırıp azaltmaya çalışıyorlar. Tek bir açıklanamayan olayın bu kadar önemli olması, teknolojinin ne kadar hassas hale geldiğini gösteriyor. “Ölçüm cihazımız, böyle bir olayla karşılaştığında iğnenin hareket etmesi için tasarlandı,” diyor Zürih Üniversitesi’nden fizikçi Knut Morå. “Her şey planlandığı gibi çalışıyor.”
Bu çarpışma, ekibin WIMP beklentilerinin çoğunu karşılıyor; ancak enerjisi çok yüksek. Standart teorilere göre, bu kadar yüksek enerjili bir WIMP tespit edilirse, daha düşük enerjili birçok başka WIMP de tespit edilmiş olmalıydı; ancak bunlar henüz gözlemlenmedi. Bu nedenle, eğer bu gerçekten bir WIMP ise, normal maddeyle farklı bir şekilde etkileşime girmesi veya daha yüksek bir enerjiye sahip olması gerekiyor.
“Karanlık maddenin ne olduğunu tam olarak bilmediğimiz için, beklediğimiz şeyin biraz farklı olması şaşırtıcı değil,” diyor Kaliforniya Üniversitesi’nden Hugh Lippencott.
Bu sinyalin gerçekten de gerçek olup olmadığı şu anda kesin olarak söylenemez. Ancak bu olayın, çeşitli WIMP teorilerindeki değişikliklerin nasıl açıklanabileceğini anlamak için birçok araştırmaya yol açacağı kesin. “Potansiyel olarak, farklı etkileşim türlerini gözlemliyor olabilirler ve bunlar tamamen mantıklı,” diyor Freese.
Ekip de dikkatli olmayı tavsiye ediyor. “Belirli şeyleri karanlık madde veya yeni fizik hakkında söylemek için henüz erken,” diyor Morå. Ekip, verileri analiz ederken herhangi bir önyargıyı önlemek için “kör” bir yaklaşım kullanmaya çalıştı (ancak bu denemede başarılı olamadılar).
Neyse ki, daha fazla cevap yakın gelecekte elde edilebilir; çünkü daha büyük bir veri seti analiz edilecek. “200 günlük veriye sahibiz ve aslında 700 gün boyunca körlenmiş verilere sahip olacağız,” diyor Brown Üniversitesi’nden Richard Gaitskell. “Bu bizi bu konuyu incelemek için güçlü bir pozisyona yerleştiriyor.”
Elde edilen veriler, bu olayın bir anormallik olup olmadığını gösterecek veya benzer başka olayların da tespit edilip edilmediğini ortaya çıkaracak. Bu durumda, PandaX ve XENONnT gibi diğer iki deney de, LZ’nin gerçekten WIMP gözlemleyip gözlemediğini belirlemeye yardımcı olacak.
Şu anda, ekibin beklentilerini yönetmeye çalıştığı kesin. “Bazen ‘belki bu gerçek olabilir’ diye düşünüyoruz,” diyor Morå. “Ancak analizi etkileyecek bir düşünce yapısına sahip olmak doğru değil ve bunun farkında olan çok kişi yok.” Lippencott de aynı fikirde; ancak durumu farklı bir şekilde ifade ediyor: “Bu, bilinen arka plan olaylarından tamamen farklı, bu yüzden meraklanmamak mümkün değil.”
Bu gizemli çarpışma, karanlık madde arayışı için kritik bir döneme denk geliyor. “Artık, güneşten ve atmosferden yayılan nötrinolar gibi diğer parçacıklar da tespit edilmeye başlandı,” diyor Chicago Üniversitesi’nden Juan Collar. “Bu noktada, WIMP araması durmak zorunda kalabilir veya farklı bir yaklaşımla devam etmek gerekebilir.”
“Doğada bize bu hediyeyi sunduğu için, son fırsatımız olabilir,” diyor Collar. “Eğer burada değilse, önümüzdeki on yıl içinde başka bir şey aramak zorunda kalacağız.”
Bu makaleyi beğendiyseniz, desteğinizi rica ediyorum. Scientific American, 180 yıldır bilim ve sanayinin savunucusu olmuştur ve şu anda bu iki yüzyıllık tarihin en kritik anlarından biri olabilir.
Scientific American her zaman beni bilgilendirir, eğlendirir ve evrenin büyüklüğüne dair bir hayranlık uyandırır. Umarım sizin için de aynı etkiyi yaratır.
Eğer Scientific American’a abone olursanız, araştırmaya ve keşfe odaklanmış kapsamlı haberler alırsınız; laboratuvarları tehdit eden kararlarla ilgili bilgi sahibi olursunuz; bilim insanlarını desteklersiniz ve bilimin değerinin sıklıkla göz ardı edildiği bir zamanda bunu yaparsınız.
Karşılığında, önemli haberleri, büyüleyici podcast’leri, akıllı grafiklerini, kaçırmak istemeyeceğiniz bültenlerini, izlemek isteyeceğiniz videoları, zorlu oyunları ve bilim dünyasının en iyi yazılarını ve raporlarını alırsınız. Ayrıca birine abonelik hediye edebilirsiniz.
Şimdi, bilimin neden önemli olduğunu göstermek için birlikte çalışmamız daha da önemli. Umarım bu görevde bize destek olursunuz.
