Araştırmacılar Karanlık Madde Yaratmaya Çalışıyor
Karanlık bir evrende yaşıyoruz. Milyarlarca yıldız ve galaksi, kozmostaki maddenin sadece küçük bir kısmıdır. Karanlık madde adı verilen bilinmeyen bir madde, bildiğimiz atom maddesinden beş kat daha yaygındır.
On yıllardır süren çabalara rağmen karanlık maddenin varlığına dair doğrudan bir kanıt bulunamamış olması, bilim insanlarını karanlık maddenin ne olabileceği konusunda geniş düşünmeye sevk etmiştir. Şimdi, Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndaki (Fermilab) araştırmacılar güçlü bir parçacık hızlandırıcı kullanarak karanlık maddenin çok hafif bir formunu yaratmaya çalıştılar ve kısa süre önce sonuçlarını yayınladılar.
Araştırmacılar on yıllardır karanlık maddeyi, protondan yüzlerce hatta binlerce kat daha ağır kütleye sahip, kararlı, elektriksel olarak nötr, atom altı bir parçacık olarak hayal ettiler. Bu karanlık madde parçacıkları sıradan maddeyle çok zayıf bir etkileşime giriyor, belki de sadece yerçekimi kuvvetini deneyimliyor. Böyle varsayımsal bir parçacık, Zayıf Etkileşimli Büyük Kütleli Parçacık anlamına gelen WIMP olarak adlandırılır. Aynı on yıllar boyunca, bu modeli doğrulamak ya da yanlışlamak için pek çok çaba sarf edilmiş, ancak hiçbir WIMP bulunamamıştır.
WIMP’lerin bulunamaması bazı araştırmacıların başka alternatifleri düşünmesine neden oldu. Ya karanlık madde milyarlarca kat daha hafifse? Bu varsayım aşırı görünse de, başka bir kuantum gizemini araştıran araştırmacılar, farklı bir olası karanlık madde parçacığını öngören bir teori geliştirdiler. Bu karanlık madde adayına aksion adı veriliyor.
Antimadde ve aksionlar hakkında
Antimadde sıradan maddenin zıttıdır ve ikisi bir arada iyi bir şekilde var olamazlar. Antimaddeyi maddenin ilgili formuyla birleştirdiğinizde yok olurlar. Bilinen tüm atom altı parçacıkların antimadde eşdeğerleri gözlemlenmiştir, örneğin protonların, nötronların ve elektronların antimadde versiyonları. Bilim insanları bir avuç antimadde atomu bile yaratmışlardır.
Güçlü nükleer kuvvet atom çekirdeklerini bir arada tutan kuvvettir. Davranışını tanımlayan teori, güçlü kuvvetin madde ve antimaddeye farklı davranabileceğini söylüyor, ancak hassas ölçümler hiçbir fark göstermiyor. Herkesin tespit edebildiği kadarıyla, güçlü kuvvet madde ve antimaddeye aynı şekilde davranır.
“Yasak olmayan her şey zorunludur” diyen ve totaliter ilke olarak adlandırılan bir ilke vardır. Aslen politik bir ortamda hazırlanmış olan bu aforizma, fizik camiası tarafından da benimsenmiştir. Esasen bu, olabilecek her şeyin olacağı anlamına gelir. Eğer gerçekleşmezse, aksi takdirde mümkün olan davranışı yasaklayan bazı fiziksel olgular vardır. Peki, güçlü kuvvetin madde ve antimadde için farklı etkileşime girmesini engelleyen nedir?
Bu sorunun cevabı bilinmemekle birlikte, 1977 yılında Roberto Peccei ve Helen Quinn, güçlü kuvvetin madde ve antimadde arasında farklılıklara izin verme yeteneğini tam olarak dengeleyen bir teori önerdiler. Bu teorinin bir sonucu, aksion adı verilen bir parçacığın varlığını öngörmesidir. Aksion çok az kütleye sahip olacak, elektriksel olarak nötr olacak ve Büyük Patlama’nın ilk anlarında büyük miktarlarda yaratılmış olacaktır. Dolayısıyla aksion karanlık madde parçacığı adayıdır.
Aksiyonları ararken
Aksion henüz keşfedilmediği için kütlesi bilinmemektedir. Bununla birlikte, birçok hesaplama kütlesinin çok küçük, bir elektronun kütlesinin milyarda biri kadar olması gerektiğini göstermektedir. Araştırmacılar çeşitli teknikler kullanarak bu çok düşük kütleli aksiyonları aradılar, ancak bu çabalar hiçbir şey bulamadı.
Düşük kütleli aksiyonların bulunamaması üzerine araştırmacılar başka bir hipotez üzerinde durdular. Aksionun beklenenden daha büyük bir kütleye sahip olduğunu varsayalım, örneğin bir elektronun kütlesinin birkaç yüz ila birkaç bin katı. Böyle bir aksiyonu aramak için herhangi bir girişimde bulunulmadığından, Fermilab’daki araştırmacılar bunları aramak için ArgoNeuT dedektörü adı verilen bir aygıt kullandılar.
ArgoNeuT dedektörü nötrino etkileşimlerini incelemek için nötrino demetine yerleştirilmiş çeyrek ton sıvı argon kullanıyor. Eğer bu daha ağır aksionlar varsa, ArgoNeuT detektöründe bir çift müon parçacığına bozunabilirler. Müonlar temelde ağır elektronlardır ve gözlemlenmeleri çok kolaydır. Araştırmacılar Fermilab hızlandırıcısını kullanarak 125 milyar milyar (1,25 × 1020) yüksek enerjili protonu bir hedefe çarptırarak incelenecek muazzam sayıda nötrino elde ettiler.
Araştırmacılar, eğer aksiyonlar var olmasaydı, uygun özelliklere sahip iki müonun birden daha az sayıda üretilebileceğini hesapladılar. Deney yapıldığında, gerekli iki müon üretiminin hiçbir örneği gözlenmedi. Ölçümün aksiyonsuz bir tahminle uyumlu olması, ArgoNeuT dedektöründe hiçbir aksiyon gözlenmediği anlamına geliyor. Bu sayede araştırmacılar, iki müona bozunan ağır aksiyonların üretilmesi olasılığını elemiş oldular.
Başarısızlık başarı anlamına gelirse
Araştırmacıların karanlık maddenin var olduğuna ve çok hafif karanlık maddenin astronomların gözlemlerini açıklayabileceğine inandıkları göz önüne alındığında, tüm olasılıkları araştırmak önemlidir. Sonuçta, karanlık madde teorilerini elemek bir ilerlemedir. Arabanızın anahtarlarını kaybettiyseniz, baktığınız ve elediğiniz her oda sizi onları bıraktığınız odayı bulmaya daha da yaklaştırır.
Kaynak: https://bigthink.com
Derleyen: Figen Berber