Nötron dönüş saatleri ile karanlık madde izlerini aramak

Yıldızların ve galaksilerin yörüngelerinin kozmolojik gözlemleri, gök cisimleri arasında hareket eden çekici yerçekimi kuvvetleri hakkında net sonuçlar çıkarılmasını sağlar.

Şaşırtıcı bulgu: Görünür madde, galaksilerin gelişimini veya hareketlerini açıklamak için yeterli olmaktan uzaktır. Bu, şimdiye kadar bilinmeyen başka bir madde türünün var olduğunu gösteriyor. Buna göre, 1933 yılında, İsviçreli fizikçi ve astronom Fritz Zwicky, şu anda karanlık madde olarak bilinen şeyin varlığını ortaya çıkardı. Karanlık madde, doğrudan görülemeyen ancak yerçekimi yoluyla etkileşime giren ve aşina olduğumuz maddeden yaklaşık beş kat daha fazla kütleden oluşan varsayılan bir madde şeklidir.

Yakın zamanda, Bern Üniversitesi’ndeki Albert Einstein Temel Fizik Merkezi’nde (AEC) geliştirilen hassas bir deneyin ardından, uluslararası bir araştırma ekibi, karanlık maddenin varlığının kapsamını önemli ölçüde daraltmayı başardı. 100’den fazla üyesi olan AEC, parçacık fiziği alanında önde gelen uluslararası araştırma kuruluşlarından biridir. Bern liderliğindeki ekibin bulguları şimdi yayınlandı. Fiziksel İnceleme Mektupları.

Karanlık maddeyi çevreleyen gizem

Ph.D. Ivo Schulthess, “Karanlık maddenin gerçekte neyden oluştuğu hala tamamen belirsiz” diye açıklıyor. AEC’de öğrenci ve çalışmanın baş yazarı. Ancak kesin olan şey, yıldızları, Dünya gezegenini veya biz insanları oluşturan aynı parçacıklardan yapılmadığıdır. Olası karanlık madde parçacıklarını araştırmak için dünya çapında giderek daha hassas deneyler ve yöntemler kullanılıyor, ancak şimdiye kadar başarılı olamadı.

Eksenler olarak bilinen bazı varsayımsal temel parçacıklar, karanlık madde parçacıkları için umut verici olası adaylar kategorisidir. Bu son derece hafif parçacıkların önemli bir avantajı, parçacık fiziğinde henüz anlaşılmamış olan diğer önemli olayları eşzamanlı olarak açıklayabilmeleridir.

Bern deneyi karanlığa ışık tutuyor

AEC’de Düşük Enerji ve Hassas Fizik Profesörü Florian Piegsa, “Uzun yıllara dayanan uzmanlığımız sayesinde, ekibimiz son derece hassas bir ölçüm cihazı olan Işın EDM deneyi tasarlamayı ve inşa etmeyi başardı” diye açıklıyor. ERC, nötronlarla yaptığı araştırmalar için 2016 yılında Avrupa Araştırma Konseyi’nden Hibeler Başlatıyor. Zor eksenler gerçekten mevcutsa, ölçüm aparatında karakteristik bir imza bırakmalıdırlar.

Schulthess, “Deneyimiz, elektrik ve manyetik alanların bir süperpozisyonu boyunca hareket eden nötron dönüşlerinin dönme frekansını belirlememizi sağlıyor” diye açıklıyor. Her bir nötronun dönüşü, bir kol saatinin saniye ibresine benzer şekilde, ancak yaklaşık 400.000 kat daha hızlı bir manyetik alan nedeniyle dönen bir tür pusula iğnesi gibi davranır.

Piegsa, “Bu dönme frekansını tam olarak ölçtük ve eksenlerle etkileşimlerin neden olacağı en küçük periyodik dalgalanmaları inceledik” diye açıklıyor. Deneyin sonuçları açıktı: Piegsa, “Nötronların dönme frekansı değişmeden kaldı, bu da ölçümümüzde hiçbir eksen kanıtı olmadığı anlamına geliyor” diyor.

Parametre alanı başarıyla daraltıldı

Laue-Langevin Enstitüsü’ndeki Avrupa Araştırma Nötron Kaynağında Fransa’dan araştırmacılarla gerçekleştirilen ölçümler, daha önce tamamen keşfedilmemiş bir eksen parametre uzayının deneysel olarak hariç tutulmasına izin verdi. Ayrıca, diğer deneylerle daha önce mümkün olandan 1000 kat daha ağır olacak varsayımsal eksenleri aramanın da mümkün olduğu kanıtlandı.

Schulthess, “Bu parçacıkların varlığı gizemli kalsa da, karanlık maddenin önemli bir parametre uzayını başarılı bir şekilde dışladık.” Gelecekteki deneyler artık bu çalışma üzerine inşa edilebilir. Piegsa, “Sonunda karanlık madde sorusunu yanıtlamak bize doğanın temelleri hakkında önemli bir fikir verecek ve evreni tam olarak anlamamıza büyük bir adım daha yaklaştıracak” diye açıklıyor.