Evrendeki maddenin yaklaşık %80’i “karanlık madde” adı verilen, tespit edilemeyen bir maddedir. Varlığı yaklaşık 90 yıldır teorize edilmiş olsa da, JEDI işbirliğindeki bilim insanları gelişmiş parçacık hızlandırıcı tekniklerini kullanarak onu tespit etmek için yeni yöntemler geliştiriyor, ancak kesin kanıtlar hala elde edilemiyor.
Evrendeki maddenin yaklaşık %80’i gizemli ve görülmeyen bir maddeden oluşmaktadır. Bu “karanlık madde” ilk olarak yaklaşık 90 yıl önce teorize edildi.
Çalışmanın ortak yazarlarından biri olan ve aynı zamanda Forschungszentrum Jülich Nükleer Fizik Enstitüsü’nde müdür yardımcısı ve RWTH Aachen Üniversitesi’nde profesör olan Jörg Pretz, “Galaksiler içindeki görünür maddenin hız dağılımını mevcut bilgilerle uzlaştırmanın tek yolu buydu” diye açıklıyor. . “Maddenin daha önce gözlemlenmemiş ‘karanlık’ bir formu da galaksileri stabilize etmelidir.”
Fizikçiler 1930’lardan bu yana bu konuyu araştırıyorlar. Bilimin teori sıkıntısı yok ama henüz hiç kimse karanlık maddeyi gerçekten tespit etmeyi başaramadı. Aynı zamanda Jülich Nükleer Fizik Enstitüsü’nden olan ve meslektaşı Jörg Pretz gibi deneyi yürüten uluslararası JEDI işbirliğinin bir üyesi olan Dr. Volker Hejny, “Bunun nedeni, karanlık maddenin doğasının hâlâ tamamen belirsiz olmasıdır” diyor. JEDI, Jülich Electric Dipol Momenti anlamına gelir. İşbirliğine katılan araştırmalar ve bilim insanları, 2011’den bu yana yüklü parçacıkların elektrik dipol momentlerinin ölçümü üzerinde çalışıyor.
“Karanlık madde gözle görülemez ve şu ana kadar kendisini yalnızca dolaylı olarak kütleçekimi aracılığıyla açığa çıkardı. Etkisi nispeten küçüktür, bu yüzden yalnızca galaksilerin tamamı gibi çok büyük kütleler söz konusu olduğunda gerçekten belirgin hale gelir.
Teorik fizikçiler zaten karanlık maddenin oluşabileceği bir dizi varsayımsal temel parçacık önerdiler. Bu parçacıkların özelliklerine bağlı olarak, onları tespit etmek için çeşitli yöntemler kullanılabilir; bu yöntemler, yerçekimi etkilerinin son derece karmaşık tespitini gerektirmez. Bu yöntemler eksenleri ve eksen benzeri parçacıkları içerir.
JEDI bilim insanları, deneylerinde Jülich parçacık hızlandırıcısı COSY’nin özel bir özelliğinden yararlandı: polarize ışınların kullanımı. Kredi bilgileri: Forschungszentrum Jülich / Ralf-Uwe Limbach
Pretz, “Başlangıçta eksenlerin kuantum renk dinamiğinin güçlü etkileşimi teorisindeki bir sorunu çözmesi amaçlanmıştı” diye açıklıyor. “Axion ismi, Nobel Fizik Ödülü sahibi Frank Wilczek’e kadar uzanabilir ve bir deterjan markasını ifade eder: parçacıkların varlığının, tabiri caizse, fizik teorisini ‘temizlemesi’ gerekiyordu. ”
Eksenleri tespit etmek için JEDI işbirliğindeki bilim insanları parçacıkların dönüşlerini kullandı. Hejny, “Spin, parçacıkların küçük çubuk mıknatıslar gibi davranmasını sağlayan kuantum mekaniğinin benzersiz bir özelliğidir” diye açıklıyor. “Bu özellik, örneğin manyetik rezonans görüntüleme için tıbbi görüntülemede veya kısaca MRI’da kullanılıyor. Bu sürecin bir parçası olarak atom çekirdeğinin dönüşleri, güçlü dış manyetik alanlar tarafından uyarılır.”
MR teknolojisi aynı zamanda karanlık maddeyi aramak için de kullanılıyor. Normal MRI’da atomlar hareketsizken, hızlandırıcıda parçacıklar neredeyse ışık hızında hareket eder. Bu da bazı bölgelerdeki incelemelerin çok daha hassas ve ölçümlerin daha doğru olmasını sağlıyor.
JEDI bilim insanları, deneylerinde Jülich parçacık hızlandırıcısı COSY’nin özel bir özelliğini, yani polarize ışınların kullanımını kullandılar. Pretz, “Geleneksel bir parçacık ışınında parçacıkların dönüşleri rastgele yönlere işaret ediyor” diyor. “Ancak polarize parçacık ışınında dönüşler tek yönde hizalanır.” Dünya çapında bu yeteneğe sahip yalnızca birkaç hızlandırıcı var.
Bilim adamlarının şüphelendiği gibi, arka plandaki eksen alanı alanı bizi çevreliyorsa, bu durum dönüşlerin hareketini etkileyecektir ve bu nedenle sonuçta deneyde tespit edilebilecektir. Ancak beklenen etki çok küçüktür. Ölçümler henüz yeterince doğru değil. Ancak JEDI deneyi henüz karanlık madde parçacıklarına dair kanıt bulamamış olsa da araştırmacılar olası etkileşim etkisini daha da daraltmayı başardılar. Ve belki daha da önemlisi, karanlık madde arayışında yeni ve umut verici bir yöntem geliştirmeyi başardılar.
Referans: “Polarize Döteron Işını Kullanarak Depolama Halkasındaki Eksen Benzeri Parçacıkların İlk Arayışı”, S. Karanth ve diğerleri. (JEDI İşbirliği), 12 Temmuz 2023, Fiziksel İnceleme X.
DOI: 10.1103/PhysRevX.13.031004