Bu hafta yayınlanan iki makale, sıradan maddeyi yöneten kuralları tersine çeviren bir madde türü olan antimaddenin kafa karıştırıcı kökenlerini ve potansiyel kullanımlarını ortaya koyuyor.
Bir kağıt, yayınlandı Bugün JCAP’ta kozmik ışınlardan gelen antinükleusların belirli bir tür karanlık maddenin göstergesi olabileceği bulundu. Ayrı bir yazıda, yayınlandı Bu haftanın başlarında AIP Advances’da araştırmacılar, tesislerin nükleer reaksiyonları tarafından üretilen antinötrinoları kullanarak nükleer reaktörlerin konumlarını ve faaliyetlerini tespit etmeye yönelik bir yöntemi açıkladılar.
Antimadde önemlidir çünkü evrenin neden eşit madde ve antimadde karışımı yerine maddeden oluştuğu gibi temel kozmik gizemleri açıklamaya yardımcı olabilir. Bu çalışmalar, karanlık maddenin doğası, en küçük ölçeklerdeki fizik ve hatta muhtemelen evrenin kökeni dahil olmak üzere fiziğin en büyük bulmacalarından bazılarını çözmeye yönelik daha büyük bir çabaya uyuyor.
İsmine rağmen antimadde tam anlamıyla maddedir. Kütlesi var. Antimadde, sıradan benzerlerine zıt elektrik yüklerine sahip bir grup parçacık anlamına gelir. Elektronları (negatif yüklü) ve protonları (pozitif yüklü) duydunuz; antimadde muadilleri pozitronlar (pozitif yüklü) ve bir antiprotondur (negatif yüklü).
Parçacıkların yüklerinde farklılıklar olsa da antimadde temel kuvvetlere tümüyle yabancı değildir. Geçen yıl bir fizikçi ekibi, antimaddenin yerçekimine sıradan maddeyle aynı şekilde tepki verdiğini buldu; bu, hem Einstein’ı hem de Parçacık Fiziğinin Standart Modelini doğrulayan bir bulguydu.
Kafanızdaki “antimadde” fikrine daha çok benzeyen bir şey de, kütlesi olan ama insanoğlunun bugüne kadar geliştirdiği her türlü dedektör tarafından görülemeyen karanlık maddedir. Bilim insanları, karanlık maddenin var olduğunu biliyor çünkü onun kütleçekimsel etkileri görülebilir, her ne kadar sorumlu parçacık (ya da parçacıklar!) doğrudan gözlemlenemese de.
Antimadde birkaç nedenden dolayı bir kafa karışıklığı meselesi olmaya devam ediyor (kusura bakmayın, berbat bir kelime oyunu). Gizmodo’nun 2022’de açıkladığı gibi:
Evren 14 milyar yıl önce teorik olarak Büyük Patlama ile ortaya çıktı. Eşit miktarda madde ve antimadde yaratmalıydı. Ama etrafınıza ya da en son Webb teleskop görüntülerine bakın: Maddenin hakim olduğu bir evrende yaşıyoruz. Fizikteki en önemli soru antimaddeye ne olduğudur.
Antimadde ve karanlık madde, deneylerle tespit edilen antimadde miktarının olması gerekenden daha fazla olduğunu öne süren JCAP belgesinde düzgün bir şekilde birleşiyor ve suçlunun karanlık madde olduğuna inanıyorlar.
Karanlık maddeden birkaç farklı parçacığın (ve diğer daha egzotik nesnelerin) sorumlu olduğu öne sürüldü. Bunlar arasında: adını çamaşır deterjanından alan bir parçacık olan eksenler; Büyük Kompakt Halo Nesneleri veya MACHO’lar; ismine rağmen ışığın sinsi bir versiyonundan ziyade eksenlere benzeyen karanlık fotonlar; ve evrenin başlangıcında doğmuş, uzayda süzülen minicik kara delikler olan ilkel kara delikler.
Son araştırmalar suçlu taraf olarak başka bir türe (Zayıf Etkileşen Büyük Parçacıklar veya WIMP’ler) odaklanıyor. Teori esas olarak WIMP’lerin çarpıştığı zaman bazen yok oldukları, yani birbirlerini yok ettikleri, enerji ve madde ve antimadde parçacıkları yaydıkları yönündedir.
Yukarıda bahsedilen 2022 araştırmasında, CERN’deki ALICE deneyini kullanan fizikçilerden oluşan bir ekip, antimaddenin, yıldızlararası ortamdaki madde tarafından yok edilmek yerine galaksimizde kolaylıkla dolaşabildiğini buldu; bu, AMS-02 gibi antinüklei dedektörleri için kurtarıcı bir sonuçtur. Uluslararası Uzay İstasyonu’nda deney.
Teorik Enstitüsü’nden fizikçi Pedro De la Torre Luque, “Teorik tahminler, kozmik ışınların yıldızlararası ortamdaki gazla etkileşimler yoluyla antipartiküller üretebilmesine rağmen, antinükleus, özellikle de antihelyum miktarının son derece düşük olması gerektiğini ileri sürdü” dedi. Madrid’deki fizikçiler ve SISSA Medialab’daki JCAP makalesinin baş yazarı serbest bırakmak.
De la Torre Luque, “Her birkaç on yılda bir bir antihelyum olayı tespit etmeyi bekliyorduk, ancak AMS-02 tarafından gözlemlenen yaklaşık on antihelyum olayı, standart kozmik ışın etkileşimlerine dayanan tahminlerden çok daha yüksek büyüklüklerdedir” diye ekledi. “Bu antinükleilerin WIMP’in yok edilmesi için makul bir ipucu olmasının nedeni budur.”
Bununla birlikte De la Torre Luque, WIMP’lerin yalnızca AMS-02 tarafından tespit edilen bir antimadde izotopu olan antihelyum-3 miktarını açıklayabildiğini ve daha nadir, daha ağır antihelyum-4 miktarlarını tespit edemediğini ekledi. Başka bir deyişle, WIMP’ler karanlık maddeden sorumlu olsalar bile hikayenin tamamını anlatmıyorlar.
WIMP’ler, uzay tabanlı dedektörlerin topladığı antimadde tespitlerinden sorumlu olabilir. Ancak, cevaplanması uzun zaman alacak olan karanlık madde sorusuna bakılmaksızın, Dünya’daki nükleer reaktörleri izlemeye yönelik bir antimadde koklama detektörünün tasarımı, burada ve şimdi pratik uygulamalar göstermektedir. Antimaddeyle ilgili bu bulgular bir araya geldiğinde, evrenin tuhaf özelliklerinden pratik kullanım için yararlanmanın yeni yollarını sunabilir, aynı zamanda hem kozmosu hem de kendi gezegenimizi daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.