Bilinmeyene kısa bir bakış: Gizemli karanlık madde deneyinden ilk sonuçlar paylaşıldı

Chicago Üniversitesi ve ABD Güç Bakanlığı’na bağlı Fermilab tarafından geliştiril BREAD (Broadband Reflector Experiment for Axion Detection) isimli deneyin birinci sonuçları açıklandı. BREAD şimdi karanlık madde parçacıklarını tespit edememiş olsa da, bu çeşit parçacıkların sahip olabileceği özelliklere daha sıkı kısıtlamalar getirerek umut vadeden sonuçlar ortaya koydu.

Physical Review Letters mecmuasında yayınlanan araştırmaya nazaran BREAD deneyi, şimdi karanlık husus parçacıklarını tespit edememiş olsa da karanlık maddeyi keşfetmek için kullanılabilecek yeni ve nispeten ucuz bir yaklaşım sunmuş durumda. Karanlık husus, kozmostaki unsurun yaklaşık yüzde 85’ini oluşturan lakin ışıkla etkileşime girmediği için görünmez olan gizemli bir unsur olarak kabul ediliyor. Bu görünmezlik, bilim insanlarının karanlık unsurun neyden oluştuğunu belirlemesini zorlaştırıyor.

BREAD deneyi umut vadeden sonuçlar ortaya koyuyor

BREAD, “aksiyon” ismi verilen varsayımsal karanlık unsur parçacıklarını ve bağlı “karanlık fotonları” başka deneylerden daha geniş bir mümkünlük kümesinde aramak için geniş bantlı bir yaklaşım benimsiyor. Aksiyonların, karanlık fotonlarla etkileşime girebilecek son derece küçük bir kütleye sahip varsayımsal bir parçacık olduğu düşünülüyor.

Chicago Üniversitesi’nden bilim insanı ve projenin eş lideri David Miller, BREAD’i şu halde açıklıyor: “Bunu bir radyo üzere düşünürseniz karanlık husus arayışı, denetim edilecek milyonlarca frekans olması dışında, muhakkak bir radyo istasyonunu aramak için kadranı çevirmeye benziyor. Bizim metodumuz ise birkaç radyo istasyonu yerine 100.000 radyo istasyonunu taramaya benziyor.”

Masa üstüne sığabilen koaksiyel bir çanak anten olarak tasarlanan BREAD, fotonları yakalamayı ve muhtemel aksiyonların bir alt kümesini aramak için onları bir sensöre yönlendirmeyi amaçlıyor.

Üstte dediğimiz üzere, karanlık unsur evrendeki unsurun yaklaşık %85’ini oluşturmasına ve tesiriyle galaksilerin dönerken birbirlerinden ayrılmalarını engellemesine karşın, neden oluştuğu konusunda çok az şey bildiğimiz bir olgu. Bu bilinmezliğin nedeni ise karanlık hususun ışıkla etkileşime girmemesi. Etkileşimin olmaması, karanlık hususun yıldızlar, gezegenler, uydular ve bedenimiz üzere “normal madde” objelerini oluşturan protonlar, nötronlar ve elektronlardan oluşmadığını gösteriyor. Öte yandan karanlık maddeyi direkt göremesek de yerçekimi ile girdiği etkileşimlerle galaksileri ve hatta ışığın kendisi üzerinde tesirler oluşturduğunu görebiliyoruz. Hülasa, orada bir şeyin olduğu bilinse de bunun tam olarak ne olduğu ve hangi biçimde olduğu bilinmiyor.

Bu bağlamda bilim insanları karanlık maddeyi oluşturabilecek garip özelliklere sahip farklı parçacıkların olabileceğini düşünüyor. Bahsettiğimiz son derece küçük bir kütleye sahip varsayımsal parçacık olan aksiyonlar da bunlardan biri. Şayet aksiyonlar varsa bunlar, tıpkı günlük hususun “sıradan” fotonlarla etkileşime girmesi üzere, karanlık foton olarak isimlendirilen kuramsal fotonlarla etkileşime girebilirler. Bu etkileşim ise tespit edilebilir.

Araştırma grubu, tam ölçekli BREAD deneyinde ekipmanın güçlü bir manyetik alan içinde yer alacağını ve bunun da aksiyonların fotonlara dönüşme talihini artıracağını söylüyor. Gerçekleştirilen BREAD deneyinde ise takım, kimi değişik datalara ulaştı. Bu kavram kanıtlama testinde BREAD, araştırmak için tasarlandığı frekans aralığında yüksek hassasiyet göstermeyi başardı. Test ayrıyeten deneyin 27 kilometre boyunca uzanan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) üzere devasa parçacık hızlandırıcılarda da yapılabileceğini gösterdi. Lakin takımın bir sonraki adımı Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki mıknatıs tesisinde tam ölçekli BREAD deneyini gerçekleştirmek.