Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden bilim insanları, eksen karanlık maddesini aramaya yönelik bir deneyin ilk sonuçlarını sundu. Varsayımsal karanlık madde parçacıklarını tespit etmeyi amaçlayan deneyde, ayarlanabilir bir optik boşluk kullanılarak eksenlerin aranmasına yönelik yeni bir teknik kullanıldı. Physical Review Letters’da yayınlanan sonuçlar, eksenlerle ilişkili sinyallerin gözlemlenmesine yol açmasa da, bu parçacıkların aranmasına yönelik yeni tekniğin potansiyelini gösterdi.
Axion Dark-Matter Bifringent Cavity (ADBC) deneyi 2022’de veri toplamaya başladı. Bilim adamları, eksenleri aramak için genellikle yerçekimsel dalgaları tespit etmek için kullanılan lazerleri ve optik aletleri kullandılar. ADBC deneyinin dayandığı dedektör, lazerden çıkan ışık ışınlarını yakalayan ve yeniden sirküle eden bir optik boşluk oluşturacak şekilde düzenlenmiş 4 aynadan oluşur.
“Bu deney, 2019 yılında laboratuvarımız ve MIT Teorik Fizik Merkezi’ndeki meslektaşlarımız arasındaki işbirliğinin bir sonucu olarak, eksen adı verilen varsayımsal bir karanlık madde parçacığını aramanın yeni yollarını düşündüğümüz bir dönemde önerildi. Eksenlerle standart madde arasında gözlemlenen herhangi bir etkileşimin çok zayıf olması bekleniyor. MIT’nin LIGO Laboratuvarı’nda araştırma bilimcisi olan Evan Hall, “Zayıf bir sinyal bulma probleminin, yakın zamanda keşfedilen başka bir tür çok zayıf sinyal olan yerçekimsel dalgaları tespit etme problemine çok benzediğini fark ettik” dedi.
Çeşitli teorik tartışmalardan ve değerlendirmelerden sonra Hall ve meslektaşları, LIGO deneyinde yerçekimi dalgalarını tespit etmek için halihazırda kullanılan lazerlerin ve optik aletlerin, eksen araştırmalarını yürütmek üzere yeniden kullanılabileceğini fark etti. Bu, ilk kez 2022 yılında veri toplamaya başlayan ADBC deneyinin ortaya çıkmasına neden oldu.
“Axion aramak için bu araçların nasıl kullanılacağını deneysel olarak göstermek istedik. Işığın yatay ve dikey olmak üzere iki polarizasyonu vardır. Eksenlerin, eğer varsa, bir kutuplaşmayı diğerine dönüştürmesi gerekir. Laboratuvarımızda dikey polarize ışık üretmek için bir lazer kullanıyoruz ve eksenlerin bu ışığın bir kısmını yatay polarizasyona dönüştürdüğüne dair ipuçları arıyoruz” diye açıkladı Hall.
ADBC deneyinin dayandığı dedektör, optik bir boşluk (ışığı yakalayan bir yapı) oluşturacak şekilde düzenlenmiş 4 aynadan oluşur. Bu optik boşluk, lazerden gelen ışık ışınlarını binlerce kez yeniden dolaştırır ve bu da zayıf eksen sinyallerini güçlendirir.
Deneyin ilk aşamalarında Hall ve meslektaşları, dedektörü yaklaşık 50 neV’lik kütleye sahip eksenleri aramak için kullandılar. Birleşik Krallık’taki başka bir araştırma grubu, MIT’de kullanılana benzer bir aparat kullanarak yaklaşık 2 neV’lik kütleye sahip eksenleri aradı.
“Çalışmamız, bu yeni tip boşluğun, incelenebilecek olası eksen kütlelerinin aralığını genişletecek şekilde ayarlanabileceğini gösterdi. Özellikle boşluğun dört aynasının açılarını ayarlayarak ayarlanabileceğini gösterdik. Ayarlanabilirlik, aparatın karanlık maddeyi aramada kullanışlı hale getirilmesinde önemli bir kriterdir. MIT’de dördüncü sınıf yüksek lisans öğrencisi Swadha Pandey, “Kimse bir eksenin kütlesinin ne olabileceğini bilmediğinden, geniş bir yelpazedeki olası kütleleri araştırmamız gerekiyor” dedi.
ADBC deneyinin ilk sonuçları, eksen benzeri parçacıkların ve fotonların bağlanmasına kısıtlamalar getiriyor. Her ne kadar bilim adamları eksenleri tespit etmemiş olsalar da, bu sonuçlar, bu varsayımsal karanlık madde parçacıklarını optik boşluklar kullanarak tespit etmeyi amaçlayan ek araştırma çabalarının temelini oluşturacak ve potansiyel olarak deneysel keşiflerini kolaylaştıracaktır.
“Bir sonraki adım daha büyük ve daha hassas bir deney oluşturmak olacak. Böyle bir deney, daha fazla lazer ışığı kullanacak, böylece daha fazla foton eksenlerle etkileşime girecek ve fotonların eksenlerle etkileşime girebileceği süreyi artırmak için deneyin boyutu daha büyük olacaktır. Ayarlama mekanizmasının otomasyonu ve ayna kaplamalarının akıllı tasarımları, erişilebilir eksen kütlelerinin tamamını taramak için de gereklidir,” diye ekledi Pandey.
