Araştırmacılar karanlık madde yaratmaya çalışıyor

Depresyonda görünmüyoruz ama karanlık bir evrende yaşıyoruz. Amerika’nın güneybatısındaki çölün yükseklerindeki gece göğünün parlaklığına rağmen, bu milyarlarca ve milyarlarca yıldız ve galaksi, evrendeki maddenin yalnızca küçük bir kısmıdır. adı verilen bilinmeyen madde karanlık madde Bilinen atom maddesinden beş kat daha dağınık.

Onlarca yıllık çabaya rağmen, şimdiye kadar karanlık maddeye dair hiçbir doğrudan kanıt bulunamadı, bu da bilim adamlarını karanlık maddenin ne olabileceği konusunda geniş kapsamlı spekülasyonlara yöneltti. Şimdi, güçlü bir parçacık hızlandırıcı kullanan araştırmacılar, Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı (Fermilab), çok hafif bir karanlık madde formu yaratmaya çalıştı ve daha yakın zamanda yayınlanan onların sonuçları.

Zayıf bir dünya değil

Onlarca yıldır araştırmacılar karanlık maddeyi, bir protondan yüzlerce hatta binlerce kat daha ağır kütleye sahip kararlı, elektriksel olarak nötr, atom altı bir parçacık olarak tasavvur ettiler. Bu karanlık madde parçacıkları, sıradan madde ile çok zayıf bir şekilde etkileşime girer ve yalnızca yerçekimi kuvvetini deneyimleyebilir. Bu varsayımsal parçacığın adı PISIRIK, büyük, zayıf etkileşen parçacıklar için. Aynı yıllarda, bu modeli doğrulamak veya yanlışlamak için birçok çaba sarf edildi, ancak WIMP bulunamadı.

WIMP’lerin bulunamaması, bazı araştırmacıları diğer alternatifleri düşünmeye yöneltti. Ya karanlık madde çok daha hafifse, diyelim ki milyarlarca kat daha hafifse? Bu tahmin aşırı görünse de, başka bir kuantum gizemini araştıran araştırmacılar, farklı bir olası karanlık madde parçacığını tahmin eden bir teori geliştirdiler. Bu karanlık madde adayına denir aksiyon.

antimadde ve eksenlerin

antimadde Sıradan maddenin zıttıdır ve ikisi bir arada çok iyi bulunmazlar. Antimaddeyi maddenin zıt formuyla birleştirin ve yok edin. Bilinen tüm atom altı parçacıklar için antimadde eşdeğerleri gözlemlenmiştir, örneğin protonların, nötronların ve elektronların antimadde versiyonları. Bilim adamları bir avuç antimadde atomu bile yaptılar.

the güçlü nükleer güç Atom çekirdeğini bir arada tutan odur. Davranışını açıklayan teori, güçlü kuvvetin madde ve antimaddeyi farklı şekilde ele alabileceğini söylüyor, ancak dikkatli ölçümler hiçbir fark göstermiyor. Herkesin en iyi şekilde belirleyebileceği gibi, güçlü kuvvet madde ve antimaddeyi aynı şekilde ele alır.

Kapsayıcı ilke denen bir ilke vardır ki, “Yasak olmayan her şey zorunludur” diyor. Başlangıçta siyasi bir ortamda ortaya atılan bu aforizma, fizik camiası tarafından benimsenmiştir. Temel olarak, bu olabilecek her şeyin olacağı anlamına gelir. Olmazsa, başka türlü mümkün olan davranışı engelleyen bazı fiziksel olaylar vardır. Peki, güçlü kuvvetin madde ve antimadde ile farklı şekilde etkileşime girmesini engelleyen nedir?

Bu sorunun cevabı bilinmemekle birlikte, 1977’de Roberto Pecci ve Helen Coen, güçlü kuvvetin madde ve antimadde arasındaki farklara izin verme yeteneğini mükemmel bir şekilde dengeleyen bir teori önerdiler. Bu teorinin sonuçlarından biri, eksen adı verilen bir parçacığın varlığını tahmin etmesidir. Axion çok az kütleye sahip olacak, elektriksel olarak nötr olacak ve Büyük Patlama’nın ilk anlarında büyük miktarlarda yaratılacaktı. Bu nedenle, aksiyon, aday bir karanlık madde parçacığıdır.

eksen arayışı içinde

Axion keşfedilmeden kaldığından -aslında var olmayabilir- kütlesi bilinmemektedir. Bununla birlikte, birçok hesaplama, kütlesinin, bir elektronun kütlesinin milyarda biri kadar olan çok küçük olması gerektiğini gösteriyor. Araştırmacılar, çeşitli akıllı teknikler kullanarak bu çok düşük kütleli aksonları aradılar, ancak bu çabalar hiçbir şey bulamadı.

Düşük kütleli aksonları bulamayan araştırmacılar başka bir hipotez ortaya attılar. Aksiyonun kütlesinin beklenenden daha büyük, diyelim ki bir elektronun kütlesinin birkaç yüz ila iki bin katı olduğunu varsayalım. Böyle bir aksiyon aramak için herhangi bir girişimde bulunulmadığı için, Fermilab’daki araştırmacılar, adı verilen bir cihaz kullandılar. ArgoNeuT aranacak detektör.

ArgoNeuT dedektörü, nötrino etkileşimlerini incelemek için bir nötrino ışınında çeyrek ton sıvı argon kullanır. Bu daha ağır aksonlar bulunursa, ArgoNeuT detektöründe bir çift müon parçacığına dönüşebilirler. Müonlar temel olarak ağır elektronlardır ve gözlemlenmesi kolaydır. Araştırmacılar, Fermilab hızlandırıcısını kullanarak 125 milyar milyar (1,25 x 10²⁰) hedefte yüksek enerjili protonlar, bu da muazzam sayıda nötrinonun incelenmesini sağlar.

Araştırmacılar, eksenler mevcut değilse, uygun özelliklerle oluşan iki müonun birden az örneğini göreceklerini hesapladılar. Deneyi yürütürken, gerekli müon üretimine ilişkin hiçbir durum gözlenmedi. Ölçümün aksonsuz tahminle tutarlı olması, ArgoNeuT detektöründe hiçbir aksonun gözlenmediği anlamına gelir. Araştırmacılar bundan yola çıkarak, müonlara dönüşen ağır aksonlar üretme olasılığını ortadan kaldırabildiler.

Başarısızlık başarı anlamına geldiğinde

Heyecan verici bir fenomeni fark etmemek, hiçbir zaman bir şeyi gözlemlemekle aynı şey değildi, ama deney yine de başarılıydı. Araştırmacıların karanlık maddenin var olduğuna ve çok hafif karanlık maddenin gökbilimcilerin gözlemlerini açıklayabileceğine inandıkları göz önüne alındığında, tüm olasılıkların araştırılması önemlidir. Ne de olsa, karanlık madde teorilerini reddetmek bir ilerlemedir. Arabanızın anahtarlarını kaybederseniz, arayıp elediğiniz her oda sizi onları bıraktığınız odayı bulmaya biraz daha yaklaştırır.