Büyük Hadron Çarpıştırıcısında Üretilen Anti-Helyum Karanlık Madde Arayışına Yardımcı Olabilir
Büyük Hadron Çarpıştırıcısında Üretilen Anti-Helyum Karanlık Madde Arayışına Yardımcı Olabilir
Astrofizikçiler on yıllardır Evrenimizdeki maddenin çoğunluğunun “Karanlık Madde” (DM) olarak bilinen gizemli ve görünmez bir kütleden oluştuğunu teorize etmektedirler. Bilim insanları henüz bu görünmez kütlenin doğrudan bir kanıtını bulamamış ya da neye benzediğini doğrulayamamış olsa da, yakında onu arayabileceğimiz birkaç olası yol var. Teorilerden biri, Karanlık Madde parçacıklarının çarpışıp birbirlerini yok ederek galaksimiz boyunca çoğalan kozmik ışınlar üretebileceğidir – yıldızlararası ortamla (ISM) kozmik ışın çarpışmalarının yaptığına benzer şekilde.
CERN’in Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki (LHC) çeşitli dedektör deneylerinden biri olan Büyük İyon Çarpıştırıcı Deneyi (ALICE) kullanılarak yapılan araştırma sayesinde bu teori yakında test edilebilir. ALICE, ışık hızına çok yakın hızlarda (ultra rölativistik hızlar) hareket eden çekirdekler arasındaki çarpışmalardan elde edilen sonuçları incelemek üzere optimize edilmiştir. ALICE İşbirliği tarafından yapılan yeni araştırmaya göre, özel aletler anti-helyum-3 çekirdeklerini (He3’ün anti-madde karşılığı) Dünya atmosferine ulaştıklarında tespit edebilir ve böylece DM için kanıt sağlayabilir.
Karanlık Madde teorisi 1960’larda astronomların uzak galaksileri ve galaksi kümelerini kullanarak Genel Göreliliğin (GR) gözlemsel testlerini yaptıkları sırada ortaya çıkmıştır. GR’nin temel öngörülerinden biri, uzayzamanın eğriliğinin büyük kütleli nesnelerin neden olduğu kütleçekim alanlarının varlığında değiştiğidir. Bu durum, uzaktaki bir kaynaktan gelen ışığın çarpıtıldığı ve güçlendirildiği (Einstein’ın Halkaları, Haçları ve Yaylarına yol açan) bir fenomen olan yerçekimsel merceklerle gözlemlenebilir. Bununla birlikte, Evren‘deki büyük yapıları gözlemlerken, gökbilimciler gözlemledikleri eğriliğin beklenenden çok daha büyük olduğunu fark ettiler.
Bu iki olasılığı akla getiriyordu: ya Einstein yanılıyordu (doğru olduğunu kanıtlayan tüm testlere rağmen) ya da Evren’de göremediğimiz bir kütle olmalıydı. O zamandan beri astrofizikçiler ve kozmologlar için en büyük zorluk, bulunması zor olan bu Karanlık Maddenin doğrudan kanıtını bulmak olmuştur. Yakın zamanda Nature Physics dergisinde yayınlanan çalışmalarında belirttikleri gibi, DM yok oluşları tarafından üretilen antinükleiler tespit edilebilir (DM’nin doğasına bağlı olarak). Bu durumda ALICE İşbirliği, Zayıf Etkileşen Büyük Parçacıklar (WIMPs) olarak bilinen önde gelen teorik profili kullandı.
WIMPs teorisine göre DM, ışık yaymayan ya da emmeyen ve sadece zayıf nükleer kuvvet yoluyla diğer parçacıklarla etkileşime giren parçacıklardan oluşur. Aynı teori, bu parçacıklar arasındaki etkileşimin birbirlerini yok etmelerine ve iki antiproton ve bir antinötrondan oluşan anti-He3 çekirdekleri üretmelerine neden olduğunu da belirtmektedir. Bu anti çekirdekler galaksimiz boyunca seyahat edecek ve Güneş Sistemimizin ötesinden gelen ve atmosferimizle çarpışan (temel parçacık “yağmurları” üreten) yüksek enerjili parçacıklar olan kozmik ışınlar olarak ölçülebilecektir.
Ancak, diğer kozmik ışın türleri de (helyum çekirdeklerinin protonları) yıldızlararası ortamla (ISM) çarpışarak anti-He3 çekirdekleri oluşturabilir. Bu antinükleus kaynağı DM ile ilgisiz olduğundan, DM aramaları için arka planı oluşturacaktır. Münih Teknik Üniversitesi’nde araştırmacı olan ve çalışmanın uzmanlarından biri olan Laura Serksnyte’nin Universe Today’e e-posta yoluyla söylediği gibi:
“Karanlık madde yok oluşundan kaynaklanan düşük enerjili antihelyum-3 çekirdeklerinin beklenen sayısının arka plan katkısından çok daha fazla olması bekleniyor. Dolayısıyla kozmik ışınlarda birkaç düşük enerjili antihelyum-3 çekirdeğinin tespiti bile karanlık madde için bir duman tabancası sinyali sağlayacaktır, bu da antihelyum-3’ün karanlık madde aramaları için çok ‘temiz’ bir sonda olduğu anlamına gelir.”
Bununla birlikte, anti-He3 çekirdekleri Samanyolu boyunca yayılırken ISM’deki gazla da etkileşime girebileceğinden, bu dumanı tüten silahın izini sürmek zor olabilir. Bu elastik olmayan etkileşim, anti-He3 çekirdeklerinin Dünya’nın atmosferine ulaşmadan önce kaybolmasına neden olacaktır, burada özel aletler onları tespit edebilir. Dünya’da antinükleerleri yüksek hassasiyetle üretmenin ve incelemenin tek yolu onları yüksek enerjili parçacık hızlandırıcılarında yaratmaktır. Serksnyte, LHC ve ALICE cihazının bu noktada devreye girdiğini söyledi:
“Deneyimiz, ALICE dedektörünün kendisinin bir hedef olarak kullanıldığı antihelyum-3’ün (LHC’deki çarpışmalarda üretilen) madde ile elastik olmayan etkileşimlerini inceledi. Böylece çalışmamız, elastik olmayan antihelyum-3 tesir kesitinin ilk ölçümünü sağladı; bu da antihelyum-3’ün madde ile çarpışması halinde yok olma olasılığını kısıtlıyor.”
LHC’de üretilen anti-He3’ü ölçtükten sonra ekip, bu antinükleerlerin ISM’deki gazla nasıl etkileşime gireceğini görmek için ölçümlerini uyguladı – ya DM yok oluşunun bir sonucu olarak ya da ISM gazı ile sıradan kozmik ışın çarpışmalarından. Kaynak noktalarından Dünya atmosferindeki dedektörlere giderken kaybolan antinüklei seviyesini hesaplayarak, aletlerimiz tarafından tespit edilebilecek kısmı tahmin edebildiler. Serksnyte, sonuçların oldukça cesaret verici olduğunu söyledi:
“Sonuçlarımız, galaksimizin antihelyum-3 kozmik ışınlarının geçişine karşı şeffaflığının yüksek olduğunu ve dolayısıyla bu tür antinükleerlerin gerçekten de Dünya’ya ulaşabileceğini ve özel deneylerle ölçülebileceğini gösteriyor. Böylece antihelyum-3’ün Karanlık Madde araştırmaları için umut verici bir aday olduğu doğrulanmaktadır. Maddeyle etkileşime giren antihelyum-3 çekirdeklerinin yok olma olasılığına ilişkin ölçümümüz, bilim insanları tarafından antihelyum-3 kozmik ışın akılarını ölçüldükten sonra anlamak ve Karanlık Madde modellerine kısıtlamalar getirmek için de kullanılacaktır.”
Gelecekteki araştırmalar, bilim insanlarının neyi arayabilecekleri konusunda daha sıkı kısıtlamalar getirerek, bugün astrofizikteki en acil gizemlerden birinin çözülmesine yardımcı olacaktır. Karanlık Maddenin tespiti sadece Evrendeki maddenin %85’inin nerede saklandığını doğrulamakla kalmayacaktır. Aynı zamanda kozmolojinin en yaygın kabul gören teorisi olan Lambda-Soğuk Karanlık Madde (LCDM) modelinin önemli bir parçasını doğrulayacak ve Genel Göreliliğin (modern fiziğin temellerinden biri) doğru olduğunu teyit edecektir. Bu kozmolojik gizemlerin sonu olmayacak olsa da, her şeyin daha iyi anlaşılmasına yol açacaktır.
Bu yazı Astrafizik.com tarafından Türkçeye aktarılmış olup yazının aslı universetoday.com sitesine aittir, orijinaline mümkün olduğunca sadık kalmak koşuluyla dilimize çevirilmis olsa da editoryal tarafından katkılarda bulunulmuştur. Bu sebeple Astrafizik.com içerik izinlerine tabidir. Astrafizik.com referans gösterilmek koşuluyla 3. tarafların kullanımına izin verilmiştir.
Astrafizik sitesinden daha fazla şey keşfedin
Subscribe to get the latest posts sent to your email.