Ancak bilim insanları bunu bulmaya yaklaşıyor

Evrendeki maddenin çoğu kayıptır. Bilim insanları, evrendeki maddenin yaklaşık %85’inin, yalnızca çevresindeki kütle çekimsel etkileriyle dolaylı olarak tespit edilen görünmez karanlık maddeden oluştuğuna inanıyor.

Meslektaşlarım ve ben, dünyanın dört bir yanından yaklaşık 250 bilim insanından oluşan bir ekip olarak karanlık madde deneyi üzerinde çalışıyoruz. LÜKS-ZEPLİN (veya LZ)—bu karanlık maddenin tam olarak neyden oluştuğunu keşfetmek için yürüttüğümüz uzun arayıştan elde ettiğimiz son bulguları bildiriyoruz.

Karanlık maddenin oluştuğuna inandığımız yakalanması zor parçacıkları henüz bulamadık, ancak özelliklerinde şimdiye kadarki en sıkı sınırları belirledik. Ayrıca dedektörümüzün beklendiği gibi çalıştığını gösterdik ve gelecekte daha da iyi sonuçlar üretmelidir.

Sonuçlarımız şu adreste raporlanmıştır: TeV Parçacık Astrofiziği 2024 konferansı Chicago’da ve LIDINE 2024 konferansı Brezilya, São Paulo’da. Bir dergi makalesi hakem değerlendirmesi için sunulacaktır.

Karanlık madde nedir?

Gökbilimciler evrene baktıklarında, yıldızların, gazların ve galaksilerin görünür maddesinin her şey olmadığına dair kanıtlar görürler. Galaksilerin ne kadar hızlı döndüğü ve Büyük Patlama’nın kalıntı parıltısının örüntüsü gibi birçok olgu, yalnızca büyük miktarlarda görünmeyen bir maddenin -karanlık maddenin- varlığıyla açıklanabilir.

Peki bu karanlık madde neyden oluşuyor? Şu anda bu astronomik gözlemleri açıklayabilecek herhangi bir parçacık bilmiyoruz.

Karanlık madde gözlemlerini açıklamayı amaçlayan, egzotik bilinmeyen parçacıklardan minik kara deliklere veya yerçekimi teorimizdeki temel değişikliklere kadar uzanan düzinelerce teori var. Ancak, bunların hiçbiri henüz doğru olduğu kanıtlanmadı.

En popüler teorilerden biri, karanlık maddenin “zayıf etkileşimli büyük parçacıklar” (veya WIMP’ler) olarak adlandırılanlardan oluştuğunu öne sürüyor. Bu nispeten ağır parçacıklar, gözlemlenen kütleçekimsel etkilere neden olabilir ve ayrıca—çok nadiren—sıradan maddeyle etkileşime girebilir.

Bu teorinin doğru olup olmadığını nasıl bileceğiz? Bu parçacıkların Dünya’nın içinden sürekli aktığını düşünüyoruz. Çoğunlukla hiçbir şeyle etkileşime girmeden geçecekler, ancak ara sıra bir WIMP doğrudan bir atomun çekirdeğine çarpabilir ve biz de bu çarpışmaları tespit etmeye çalışıyoruz.

Sıvı ksenon içeren büyük bir soğuk tank

LZ deneyi, ABD’nin Güney Dakota eyaletinde yerin yaklaşık 1.500 metre altında eski bir altın madeninde yer alıyor. Deneyin yer altına derin bir şekilde yerleştirilmesi, mümkün olduğunca fazla arka plan radyasyonunun kesilmesine yardımcı oluyor.

Deney, 175 kelvin (–98°C) sıcaklığa kadar soğutulmuş bir soy gaz olan yedi ton sıvı ksenonla dolu büyük, çift cidarlı bir tanktan oluşuyor.

Karanlık madde parçacığı bir ksenon çekirdeğine çarparsa, küçük bir ışık parıltısı yaymalıdır. Detektörümüz bu parıltıları tespit etmek için 494 ışık sensörüne sahiptir.

Elbette, karanlık madde parçacıkları bu flaşları yaratabilen tek şey değildir. Çevreden ve hatta tankın ve dedektörlerin kendilerinden gelen bir miktar arka plan radyasyonu hala vardır.

Karanlık madde belirtileri görüp görmediğimizi anlamanın büyük bir kısmı, bu arka plan radyasyonunu daha egzotik olan her şeyden ayırmaktır. Bunu yapmak için, karanlık maddeyle ve karanlık madde olmadan görmeyi beklediğimiz sonuçların ayrıntılı simülasyonlarını yapıyoruz.

Bu simülasyonlar, 2015 yılında doktora çalışmalarıma başladığımda başladığım deneydeki rolümün büyük bir kısmının odak noktasıydı. Ayrıca dedektör izleme sensörleri geliştirdim ve 2021 yılında veri toplamaya başlayan yeraltı merkezi dedektörünün entegrasyonundan ve devreye alınmasından sorumluydum.

Ağları daha sıkı çekmek

Son sonuçlarımız karanlık maddeye dair hiçbir işaret göstermiyor. Ancak, birçok olasılığı elememize izin veriyorlar.

1,6 × 10’dan büyük kütlelere sahip parçacıkların izine rastlamadık^–26 kilogramdır ki bu da bir protonun yaklaşık 10 katı ağırlığındadır.

Bu sonuçlar dedektörden 280 günlük gözlemlere dayanmaktadır. Sonunda, 1.000 günlük gözlem toplamayı hedefliyoruz; bu da daha da zor bulunan potansiyel karanlık madde parçacıklarını aramamıza olanak tanıyacak.

Şanslıysak, yeni verilerde karanlık maddeye rastlayabiliriz. Aksi takdirde, bir sonraki nesil karanlık madde deneyi için planlar yapmaya çoktan başladık. XLZD (XENON-LÜKS-ZEPLİN-DARWIN) konsorsiyumu, her yerde bulunan ancak bulunması zor parçacıkların saklanabileceği uzayın daha da derinlerine inmemizi sağlayacak, neredeyse 10 kat daha büyük bir dedektör inşa etmeyi amaçlıyor.

Bu makale şu kaynaktan yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Oku orijinal makale.