Geçtiğimiz hafta, iki yılda bir düzenlenen ICHEP konferansı, AMBER deneyinin ilk veri toplama döneminden elde edilen sonuçların sunumu için bir platform sağladı. 2023’te elde edilen bu sonuçlar, antiproton üretim kesitinin ön çizimlerini gösteriyor; yani bir proton demeti bir helyum hedefiyle etkileşime girdiğinde antiproton üretme olasılığı. Antiproton üretim mekanizmasının anlaşılması, karanlık madde araştırmalarının hassasiyetinin arttırılması açısından önemlidir.
Evrenin kütlesinin yaklaşık dörtte birini oluşturan karanlık madde, elektromanyetik kuvvetle etkileşime girmediği ve doğrudan gözlem için görünmez hale geldiği için bilim adamları için bir gizem olmaya devam ediyor. Ancak AMS gibi deneylerle toplanan kozmik ışın verilerinde onun varlığına dair dolaylı kanıtlar bulunabilir. [Alpha Magnetic Spectrometer, детектор частиц, установленный на МКС для изучения космических лучей]. Bu ışınlar arasında yalnızca birincil kozmik ışınlar tarafından değil, aynı zamanda birincil ışınların yıldızlararası ortamla etkileşimi sonucu da üretilebilen antiprotonlar vardır. Son AMS gözlemleri, antiproton kozmik ışınlarının sayısının tahmin edilenden daha yüksek olduğunu göstermiştir, bu da karanlık madde gibi bir kaynağın varlığına işaret edebilir.
AMBER deneyi bu gizemi çözmeye yardımcı olmayı amaçlıyor. “Antiproton üretmenin standart yolunu ayırmak için, onların üretimine ilişkin standart mekanizmayı iyi anlamak gerekiyor. AMBER deneyinde araştırmacı olan Davide Giordano şöyle açıklıyor: Antiproton üretimini inceleyerek, uzaydaki antiprotonların beklenen arka planı hakkındaki belirsizliği azaltıyoruz, bu da herhangi bir egzotik sinyale karşı duyarlılığı artırıyor.
AMBER, eski COMPASS deneyinin yapıldığı alanda, SPS’den gelen ikincil bir ışın kullanan ve onu CERN’in Kuzey Bölgesi’ndeki çıkarılabilir sabit bir hedefe yönlendiren yeni bir tesistir. SPS parçacık hızlandırıcısındaki (Süper Proton Synchrotron) ikincil ışın, SPS’de hızlandırılan protonların birincil ışınının hedef ile etkileşimi sonucu oluşan bir parçacık akışıdır. Birincil ışındaki yüksek enerjili protonlar bir hedefle çarpıştığında pion, kyon, antiproton ve diğerleri gibi çeşitli ikincil parçacıklar üretirler. Bu ikincil parçacıklar daha sonra ayrılabilir ve daha sonraki deneyler için ikincil bir ışına odaklanabilir. SPS’den gelen ikincil ışınlar, temel parçacıkların özelliklerini ve bunların etkileşimlerini incelemek için CERN’deki çeşitli deneylerde kullanılır.
Programın ilk aşaması üç deneyden oluşuyor: antimadde üretimi için kesitin incelenmesi, proton yarıçapının ölçülmesi ve hadronların kütle kazandığı mekanizmanın incelenmesi. Geçen yıl veri toplamak için sıvı helyum hedefi kullanıldı ve elde edilen parçacık izleri AMBER spektrometresi tarafından kaydedildi.
“Uzayda antiproton oluşumuna yol açan en yaygın reaksiyonlardan biri protonlarla helyum arasındaki reaksiyondur. AMBER’den önce, AMS’ye karşılık gelen enerji aralığında bu reaksiyonun deneysel kanıtı yoktu” diye devam ediyor Giordano.
ICHEP’te sunulan sonuçlar, ön hazırlık olmasına rağmen, çok düşük istatistiksel belirsizliklerle birlikte AMBER ölçümlerinin yüksek doğruluğunu gösterdi. Giordano, “Hedef olarak hidrojen ve döteryum kullanarak 2024’e ait verileri zaten elde ettik” dedi.
Plan, uzayda antiproton oluşumunun altında yatan en yaygın reaksiyon olan proton-proton çarpışmalarını incelemek için hidrojen verilerini kullanmaktır. Döteryum verileri, fizikçilerin proton-proton çarpışmalarındaki antiproton üretim hızını proton-nötron çarpışma hızıyla karşılaştırmasına olanak tanıyacak ve bu da çok az anlaşılan üretim asimetrilerinin araştırılmasına yardımcı olacak.