LUX-ZEPLIN, şimdi WIMP’lerin ve evren çapındaki diğer karanlık madde işaretlerinin peşinde.
Karanlık madde arayışı şu an yer altında devam ediyor. Dünyanın en hassas karanlık madde dedektörü LUX-ZEPLIN (LZ) ile yapılan ve üç aydan uzun sürüp Nisan ayında sona eren ilk denemede, WIMP (Zayıf Etkileşimli Büyük Kütleli Parçacık) adı verilen varsayımsal karanlık madde parçacıklarına dair uzayda hiçbir ize rastlanmamış. Güçlü veriler bulunmamasına karşın bilim insanları, ABD Enerji Bakanlığı öncülüğünde yürütülen deneyin planlandığı gibi gittiğini ve karanlık maddeyi bulma ihtimalinin önümüzdeki turlara kaldığını doğruluyor.
College London Üniversitesinde çalışan ve LUX deneyinin takım üyesi olan astroparçacık fizikçisi Profesör Chamkaur Ghag, “Şimdilik kulağa biraz tuhaf geliyor ama hiçbir şey bulmamada dünyanın en iyisi olduğumuzu söylüyoruz” diyor New Scientist dergisine. “Fakat birkaç yıl sonra yeni fizik kurallarının bulunma olasılığı tümüyle mevcut.”
Karanlık maddenin, evrenin yüzde 27’sini meydana getirdiği düşünülüyor (yıldız ve galaksilerde yer alan görünür madde, bunun sadece yüzde 5’ini oluşturuyor). Karanlık maddeyi şimdiye kadar kimse tespit edebilmiş değil. Sebebi ise karanlık maddenin ışığı yaymayan, sönümlemeyen veya yansıtmayan parçacıklar içermesi ve bu yüzden elektromanyetik ışınım ile ölçüm yapmanın bile çok zor olması. Fakat fizikçiler ve gökbilimciler, görünür cisimler üzerindeki kütleçekimsel etkileri sebebiyle karanlık maddenin var olduğunu biliyorlar. Karanlık madde, yıldızların uzayda bir oraya bir buraya fırlamasını ve galaksilerin çökmesini önlemek gibi etkiler sergiliyor. Bu maddenin, evreni bir arada tutan görünmez bir tutkal olduğu düşünülüyor.
Karanlık maddeyi tespit etmek isteyen bilim insanlarının elindeki en iyi şans ise WIMP’ler. Fotonlar veya aksiyonlar gibi diğer hipotez karanlık maddeler ise çok ufaklar ve dalga gibi davranıyorlar. Fakat WIMP’ler kütle barındırıyor ve diğer görünür maddelerle nadiren de olsa etkileşime giriyor. Ayrıca her saniye içimizden milyarlarca WIMP geçiyor. Uzmanlar karanlık madde üzerinde çalışarak, evrenin gerçek temelini ve gelecekte evrene neler olabileceğini daha iyi anlayacaklar.
Evrenin sırlarını açığa çıkarmanın anahtarı, ABD’nin Güney Dakota eyaletindeki Kara Tepeler’in 1,5 km altında gömülü. LZ deneyi, 10 tonluk saf zenon sıvısıyla dolu iki titanyum tankından oluşuyor. Ayrıca en sönük ışığı bile tespit edebilen iki sıra foto çoğaltıcı içeriyor. WIMP biçimindeki karanlık madde bir zenon atomuyla çarpışırsa, serbest elektronlara da çarpacak. Bu parçacık çarpışmasıyla birlikte, LZ deneyinde yakalanacak kısa süreli bir parıltı açığa çıkacak.
Deney yer altında yürütülüyor çünkü kozmik ışınım ve insanların vücudundan gelen ışınım, karanlık madde sinyallerini bastırabilir. Bu yüzden dedektörün yerin altına indirilmesi, hassasiyeti ve bir karanlık madde işareti bulma şansını artırmaya yardımcı oluyor. LZ projesini koordine eden ABD Ulusal Lawrence Berkeley Laboratuvarında kıdemli fizikçi olan Kevin Lesko, 2020 yılında Popular Science dergisine şöyle konuşmuştu: “Bir fısıltıyı duymaya çalışıyorsunuz. Bunu New York şehrinin ortasında yaparsanız duyamazsınız çünkü çok gürültü olur. Arka planımızdaki şeylerden uzaklaşmak istersiniz; bizi bombalayan kozmik ışınlar ve diğer ıvır zıvırlar, bulmaya çalıştığımız çok nadir sinyalleri gizler.”
İlk turun sonuçlarında karanlık madde bulunmamış olsa da, makinenin iyi çalıştığı ve beklentiler doğrultusunda işlev sergilediği görülüyor. Berkeley Lab’da fizik koordinatörü olan ve deneyin ilk turu için yürütülen çalışmalara öncülük eden Aaron Manalaysay, Berkeley Lab’ın basın bülteninde şöyle aktarıyor: “Düzeneği sadece birkaç ay önce ve COVID kısıtlamaları esnasında açtığımızı düşündüğümüzde, şimdiden böylesine önemli sonuçlar elde etmiş olmamız etkileyici.”
Santa Barbara – California Üniversitesinde çalışan ve LZ’nin eski sözcüsü olan fizik profesörü Harry Nelson, ikinci bir basın bülteninde “Şimdi işin en başındayız” diyor. “LZ, bugüne kadar oluşturulan diğer tüm dedektörlerden daha güçlü bir karanlık madde dedektörü. Muhtemelen de önümüzdeki birkaç yılda keşif yapma kabiliyetine sahip.”
Yazar: Jocelyn Solis Moreira/Popular Science. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
