Dünyanın En Büyük Karanlık Madde Dedektöründe Gizemli Bir Olay: Yeni Keşif mi, Yoksa Rastlantı mı?

Güney Dakota’da yer alan ve dünyadaki en büyük karanlık madde dedektörü olan LZ dedektöründe, yeraltının yaklaşık bir kilometre altında meydana gelen olağandışı bir olay, bu maddenin ilk doğrudan kanıtı olabilir. Ya da tamamen farklı bir şey olabilir. Her ne olursa olsun, bilim insanlarını hem şaşkınlığa uğratıyor hem de heyecanlandırıyor.

Salı günü yayınlanan ve “Physical Review Letters” dergisine gönderilen yeni bir araştırmada, LZ Karanlık Madde Deneyi’ni yürüten fizikçiler, daha önce fizikte belgelenmemiş olan şaşırtıcı bir atom altı etkileşimin dedektör tarafından kaydedildiğini belirtiyor. Bu etkileşim, karanlık madde keşfi olmayabilir; ancak bu kadar sıra dışı olması nedeniyle paylaşılması gerektiği düşünülmüş.

“Bu tür bir olayı nasıl anlamak mümkün?” diye soran SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda görevli parçacık astrofizikçisi ve LZ projesinin kurucularından Tom Shutt, “Science” dergisine yaptığı açıklamada, “Sadece yayınlamaya ve bunun ne olabileceği konusunda çok, çok, çok dikkatlice düşünmeye karar verdik.” ifadelerini kullandı. (Kaynak)

Karanlık madde, evrende varlığı hissedilen ancak ışık yaymadığı, absorbe etmediği veya yansıtmadığı için doğrudan gözlemlenemeyen bir maddedir. Sadece yerçekimi etkisiyle varlığını sezebiliriz. Evrendeki galaksiler, kendi yerçekimleriyle bir arada duramazlar; bu nedenle, inanılmaz kütleye sahip görünmeyen bir madde olmasaydı, evreni tanımlayan ve bizim de evimiz olan yapılar parçalanırdı.

Karanlık maddenin ne olduğu konusunda sayısız teori bulunmaktadır. En yaygın teori ise, zayıf etkileşimli büyük parçacıklardan (WIMP’ler) oluştuğudur. WIMP’lerin nükleuslardan yaklaşık 100 kat daha ağır olmaları beklenir, ancak diğer parçacıklarla çok zayıf etkileşime girerler. Bu nedenle, normal parçacıklara göre çok daha yavaş hareket ederler ve bu da kütle çekimleriyle bir araya gelerek büyük “halo”lar oluşturmalarına olanak tanır. Bu halo’lar da galaksilerin oluşumu için gerekli yerçekimi kuvvetini sağlar.

Eğer bu teoriler doğruysa, bazen rastgele WIMP’ler, etraftaki atomların çekirdeklerine çarparak çok az miktarda enerji açığa çıkarabilir. İşte LZ dedektörünün amacı de budur.

LZ dedektörü, 1480 metre derinlikte eski bir altın madeninin içinde yer alan ve 7 ton sıvı xenon ile dolu büyük bir tanktır. Bu derinlikteki konumlandırma, dedektörün uzaydan gelen radyasyondan korunmasını sağlar (ancak kontrol edilemeyen başka etkileşimler de mevcuttur). Dedektörde meydana gelen herhangi bir önemli olay, bilim insanları için anlamlı olacaktır.

Fizikçiler, dedektör tarafından şimdiye kadar toplanan verileri inceledikten sonra, 2023 yılında gerçekleşen dikkat çekici bir etkileşimi tespit ettiler. Bilinmeyen bir şey, bir xenon parçacığına çarptı ve ışık açığa çıkardı. Eğer bu karanlık madde ise, geleneksel WIMP modellerinin öngördüğünden daha fazla enerji üretmiş.

Bilim insanlarına göre, bu etkileşimin rastlantısal olma olasılığı 400’de 1. Ancak bilimsel keşiflerin en az 3.5 milyonada bir rastlantısal olma olasılığı bulunmalıdır. Bu nedenle, şu an için kesin bir kanıt olmasa da, gelecekte daha gelişmiş dedektörler bu konuyu aydınlatabilir.

“Bu çalışmayı bağımsız olarak ve kör analiz yöntemiyle yaparak, LZ’nin iddiasını doğrulayabilir veya geçersiz kılabiliriz,” diyen Columbia Üniversitesi’nde görevli fizikçi ve XENON deneyinin sözcüsü Elena Aprile, “Science” dergisine yaptığı açıklamada, gelecekteki araştırmaların bu konuyu daha net bir şekilde ortaya çıkarabileceğini belirtti. (Kaynak)