Yerin derinliklerinde bulunan LUX-ZEPLIN (LZ) deneyinde karanlık madde tespit edilmiş olabilir. Fizikçilerin yaptığı deneyde elde edilen bu ufak flaş parlaması bilinen fizikle açıklanamayacak kadar tuhaf olan karanlık maddenin tespitini sağlamış olabilir.
Bu gizemli madde, normal maddeye göre 5’e 1 oranında daha fazla olması gerekir; ancak on yıllardır süren aramalara rağmen, sinir bozucu bir şekilde hâlâ bulunamamıştır.
Henüz hakem değerlendirmesinden geçmemiş olan bu sonuçlar, bu hafta Japonya’da düzenlenen bir astrofizik konferansında yapılan bir sunumda duyuruldu. Ekip, bunu bir sonuç olarak ilan etmek için henüz erken olduğunu düşünüyor: Bu olay, bilim insanlarının diğer açıklamaları etkili bir şekilde eleyebilmelerini sağlayan istatistiksel eşiği henüz aşmadı.
Brown Üniversitesi’nden fizikçi ve LZ sözcüsü Rick Gaitskell, “Karanlık maddenin ortaya çıkmasını beklediğimiz ve rakip arka plan sinyallerinin çok düşük olduğu bölgede verilerde bu olayı görmek bizi çok meraklandırdı. Sadece tek bir olay olduğu için aceleci davranmak istemiyoruz. Karanlık maddeyi gördüğümüzü iddia etmiyoruz. Ancak ilginç bir şey gözlemledik ve bilim camiasının görüşlerini almak için bunu paylaşmak istiyoruz,” diyor.
1930’lara kadar uzanan bir geçmişte, astrofizikçiler kozmosta gördüklerimizin evren modellerimizle tam olarak örtüşmediğini fark ettiler. Orada, çoğunlukla yerçekimsel etkisiyle sıradan maddeyle etkileşime giren fazladan bir kütle var gibi görünüyor.
Işık yaymadığı veya yansıtmadığı için bu gizemli maddeye ‘karanlık madde’ adı verildi.
Tam olarak ne şekilde olduğu hâlâ bilinmediğinden, çeşitli deneyler farklı potansiyel adayları aramaya yöneldi, ancak sonuç alınamadı.
LZ, bu deneylerden sadece biridir ve fizikçilerin zayıf etkileşimli kütleli parçacıklar (WIMP’ler) olarak adlandırdıkları bir karanlık madde adayından gelen sinyalleri tespit etmek üzere özel olarak ayarlanmıştır.
Adından da anlaşılacağı gibi, bu karanlık madde türü, yüksek kütleli ve normal maddeyle yalnızca zayıf etkileşimlere sahip, tespit edilmesi zor ayrı parçacıklardan oluşur.
Çoğu zaman WIMP’ler normal maddenin içinden iz bırakmadan geçmelidir, ancak son derece nadir durumlarda bir WIMP, normal maddenin bir atomuna çarpabilir ve bu çarpışma sırasında zayıf bir ışık parlaması ile elektronlar oluşur.
LZ, bu zor tespit edilebilir etkileşimleri algılamak üzere tasarlanmıştır. Deney, üzerinde ince bir gaz halindeki ksenon tabakası bulunan devasa bir sıvı ksenon tankından oluşur. Bir WIMP hızla geçip bir atomla çarpışırsa, tankın tabanını kaplayan fotodetektörlerin algılayabileceği bir ışık parlaması üretir.
Bu olaydan kaynaklanan elektronlar yukarı doğru yönlendirilir ve gaz halindeki ksenona ulaştıklarında ikinci bir parlama oluştururlar. Bu iki parlamanın zamanlaması ve şiddeti, bilim insanlarına kaynak parçacık hakkında pek çok bilgi verebilir.
Ne yazık ki, pek çok başka parçacık da benzer sinyaller üretir ve bunu karanlık maddeden çok daha sık yapar. Bu nedenle LZ, bu arka plan gürültüsünü azaltmak üzere tasarlanmıştır.
İlk savunma hattı, deneyin gömülü olduğu 1,5 kilometre (0,9 mil) kalınlığındaki kaya tabakasıdır. Ardından, ksenonla dolu tankı çevreleyen bir su tankı ve son olarak da diğer olay türlerini tanımlayabilen bir radyasyon dedektörü bulunur.
Bu önlemler bir araya geldiğinde, kozmik ışınlardan veya arka plan radyoaktivitesinden kaynaklanan istenmeyen parçacıkları en aza indirir.
Ancak şimdi, son birkaç yılda toplanan verileri inceleyen fizikçiler ilgi çekici bir sinyal tespit ettiler. 16 Haziran 2023’te LZ, ksenon tankındaki bir atom çekirdeğine çarpan bir WIMP’ten gelmiş olması için tam da uygun enerjide iki ışık parlaması algıladı.
Bu olası olayı tespit ettikten sonra araştırmacılar, olayın bilinen arka plan süreçleriyle kolayca açıklanıp açıklanamayacağını görmek için aylarca verileri analiz ettiler.
Olayın enerjisi, nötron veya nötrino olması için çok yüksekti – üstelik bunlar daha düşük enerjili saçılmalar da üretmiş olurlardı, ancak bunlar tespit edilmedi.
Eğer olay, sapmış bir gama ışınından kaynaklansaydı, ışının tankın içinden alışılmadık derecede uzun bir mesafe kat etmesi, ikinci bir parlama oluşturmayacak şekilde ikinci kez saçılması ya da bunları yakalamak için tasarlanmış dış cihazların algılamasından kaçması gerekirdi. Tüm bu senaryolar olasılık dışı kabul edildi.
Görülen Parlamalar Karanlık Madde Etkileşimi Olabilir
Görülen iki parlamanın, zaman açısından tesadüfen birbirine yakın bir zamanda meydana gelen, birbiriyle ilgisi olmayan iki olaydan kaynaklanma ihtimali de vardı. Veri analizi, bunun da olasılığının çok düşük olduğunu ortaya koydu.
Bunun yerine, verilere en iyi uyan açıklama, bunun kütlesi 200 gigaelektronvoltun üstünde olan bir WIMP tarafından neden olduğu yönündedir.
Berkeley Laboratuvarı’nda fizikçi olan Aaron Manalaysay, “Verilerdeki aykırı olaylar beklenmedik değildir, ancak daha derinlemesine incelendiğinde genellikle bir tür arka plan olarak göze çarparlar. Bu, üzerinde çalıştığım tüm deneyler arasında her açıdan geçerli görünen ilk aykırı değer örneğidir. Elbette, gözden kaçırmış olabileceğimiz nadir bir arka plan mekanizması olup olmadığını düşünmek için hâlâ kafamızı yoruyoruz, ancak bunun karanlık madde gözleminin ilk ipucu olup olmadığını merak etmek bile çok heyecan verici, “
Ancak kimse şampanyayı patlatmadan önce, bu tespitinin henüz parçacık fiziğinde yeni bir keşif olduğunu iddia edebilmek için gereken 5 sigma istatistiksel anlamlılık eşiğine ulaşmadığını hatırlamak önemlidir. Bu, arka plan etkilerinin rastgele olarak görülen sonucu üretme olasılığının yaklaşık 3,5 milyonda 1 olduğu anlamına gelir.
Yeni LZ sonucu şu anda 2,6 sigma anlamlılık seviyesinde bulunuyor; bu da hata olasılığını 200’de 1 olarak gösteriyor. Karanlık maddeyi bulduğumuzdan emin olabilmemiz için çok daha fazla veriye ve daha fazla tespit sonuçlarına ihtiyacımız olacak.
Yeni elde edilecek veriler bu verileri desteklerse ilk karanlık madde karşılaşması gerçekleşmiş olacak.
Kaynak:
https://www.sciencealert.com/breaking-physicists-may-have-found-the-best-evidence-of-dark-matter-yet
Ön Basım:
