Karanlık Maddeyi Bulma Younda Yeni Bir Model
Karanlık madde modern fiziğin en büyük gizemlerinden biri olmaya devam etmektedir. Var olması gerektiği açıktır, çünkü karanlık madde olmadan örneğin galaksilerin hareketi açıklanamaz. Ancak karanlık maddeyi bir deneyde tespit etmek hiçbir zaman mümkün olmamıştır.
Şu anda karanlık maddeyi bulmaya yönelik yeni bir öneri var: Karanlık maddeyi, bir algılama aracında proton ve nötronların saçılması yoluyla doğrudan tespit etmeyi amaçlıyorlar.
Michigan Üniversitesi’nden Robert McGehee ve Aaron Pierce ile Almanya’daki Johannes Gutenberg Mainz Üniversitesi’nden Gilly Elor’dan oluşan bir araştırma ekibi şimdi karanlık madde için yeni bir seçenek önerdi: HYPER ya da “HighlY Interactive ParticlE Relics”.
HYPER modelinde, erken evrende karanlık maddenin oluşumundan bir süre sonra, normal madde ile etkileşiminin gücü aniden artar – bu da bir yandan onu bugün potansiyel olarak tespit edilebilir kılarken, aynı zamanda karanlık maddenin bolluğunu da açıklayabilir.
Karanlık Madde Bölgesinde Yeni Çeşitlilik
WIMPS olarak adlandırılan ağır karanlık madde parçacıkları arayışı henüz başarıya ulaşmadığından, araştırma topluluğu alternatif karanlık madde parçacıklarını, özellikle de daha hafif olanları arıyor. Araştırmacılar aynı zamanda, karanlık bölgede genel olarak faz geçişleri beklendiğini, sonuçta görünür bölgede de birkaç faz geçişi olduğunu söylüyor. Ancak önceki çalışmalar bunları görmezden gelme eğilimindeydi.
“Planlanan bazı deneylerin erişmeyi umduğu kütle aralığı için tutarlı bir karanlık madde modeli olmamıştır. Ancak HYPER modelimiz, bir faz geçişinin aslında karanlık maddeyi daha kolay tespit edilebilir hale getirmeye yardımcı olabileceğini gösteriyor,” diyor JGU’da teorik fizik alanında doktora sonrası araştırmacı olan Elor.
Uygun bir model için zorluk: Eğer karanlık madde normal maddeyle çok güçlü etkileşime girerse, evrenin erken dönemlerinde oluşan (kesin olarak bilinen) miktarı çok küçük olur ve astrofiziksel gözlemlerle çelişir. Bununla birlikte, eğer doğru miktarda üretilirse, etkileşim tersine günümüz deneylerinde karanlık maddeyi tespit etmek için çok zayıf olacaktır.
McGehee, “HYPER modelinin altında yatan ana fikrimiz, etkileşimin bir kez aniden değişmesidir – böylece her iki durumun da en iyisine sahip olabiliriz: doğru miktarda karanlık madde ve büyük bir etkileşim, böylece karanlık maddeyi tespit edebiliriz” dedi.
Araştırmacılar da bunu tam olarak böyle tasavvur ediyor: Parçacık fiziğinde bir etkileşime genellikle belirli bir parçacık, yani bir arabulucu aracılık eder ve karanlık maddenin normal maddeyle etkileşimi de böyledir. Hem karanlık maddenin oluşumu hem de algılanması, etkileşimin gücü kütlesine bağlı olarak bu aracı vasıtasıyla gerçekleşir: Kütle ne kadar büyükse etkileşim o kadar zayıf olur.
Aracı, önce doğru miktarda karanlık maddenin oluşması için yeterince ağır, daha sonra da karanlık maddenin tespit edilebilmesi için yeterince hafif olmalıdır. Çözüm: Karanlık maddenin oluşumundan sonra, aracının kütlesinin aniden azaldığı bir faz geçişi oldu.
Pierce, “Böylece, bir yandan karanlık madde miktarı sabit tutulurken, diğer yandan etkileşim, karanlık maddenin doğrudan tespit edilebilir olması gerektiği şekilde artırılır veya güçlendirilir” dedi.
Yeni model planlanan deneylerin neredeyse tüm parametre aralığını kapsıyor.
Elor, “HYPER karanlık madde modeli, yeni deneylerin erişilebilir kıldığı neredeyse tüm aralığı kapsayabiliyor” dedi.
Araştırma ekibi ilk olarak, astrolojik gözlemler ve bazı parçacık fiziği bozunumlarıyla tutarlı olması için bir atom çekirdeğinin proton ve nötronlarıyla gerçekleşen aracılı etkileşimin maksimum tesir kesitini dikkate aldı. Bir sonraki adım, karanlık madde için bu etkileşimi sergileyen bir model olup olmadığını düşünmekti.
McGehee, “Ve burada faz geçişi fikrini ortaya attık” dedi. “Daha sonra evrende var olan karanlık madde miktarını hesapladık ve hesaplamalarımızı kullanarak faz geçişini simüle ettik.”
Sabit miktarda karanlık madde gibi dikkate alınması gereken pek çok kısıtlama var.
Elor, “Burada sistematik olarak pek çok senaryoyu göz önünde bulundurmamız ve dahil etmemiz gerekiyor, örneğin aracımızın aniden yeni karanlık madde oluşumuna yol açmayacağının gerçekten kesin olup olmadığı sorusunu sormak gibi, ki bu elbette olmamalı” dedi. “Ama sonunda HYPER modelimizin işe yaradığına ikna olduk.”
Araştırma Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.
