Yerin yaklaşık 1,5 kilometre altında çalışan LZ dedektöründe gözlemlenen bir etkileşimin, karanlık madde için önde gelen adaylardan biri olan 'zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacıklar'dan (WIMP) kaynaklanmış olabileceği değerlendiriliyor.
Dünyanın en hassas karanlık madde dedektörlerinden LUX-ZEPLIN (LZ), bilinen parçacıklarla açıklanması güç sıra dışı bir olay kaydetti. Araştırmacılar, tek bir olaydan oluşan bulgunun henüz karanlık maddenin keşfi anlamına gelmediğini ancak gelecekte doğrulanması halinde fizikte önemli bir dönüm noktası olabileceğini belirtiyor.
REKLAM
REKLAM
ABD'nin Güney Dakota eyaletindeki Sanford Yeraltı Araştırma Tesisi'nde (SURF), yerin yaklaşık 1,5 kilometre altında çalışan LZ dedektöründe gözlenen etkileşimin, karanlık madde için önde gelen adaylardan biri olan "zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacıklar"dan (WIMP) kaynaklanmış olabileceği değerlendiriliyor.
Evrenin toplam maddesinin yaklaşık yüzde 85'ini oluşturduğu varsayılan karanlık madde, doğrudan ışık yaymadığı, soğurmadığı veya yansıtmadığı için teleskoplarla görülemiyor. Varlığı, galaksilerin dönüş hızları ve kütleçekimsel etkiler gibi dolaylı etkilerinden çıkarılıyor. Ancak onlarca yıldır yürütülen deneylere rağmen karanlık maddeyi oluşturan parçacıklar doğrudan tespit edilebilmiş değil.
Bilinen arka plan sinyalleriyle açıklanamadı
Yeni analizde araştırmacılar, LZ dedektöründe normal maddeden kaynaklanan bilinen "arka plan" olaylarıyla kolayca açıklanamayan tek bir parçacık etkileşimi belirledi.
Sheffield Üniversitesi LZ ekibinin lideri Profesör Dan Tovey, bulgunun "çok ilgi çekici" olduğunu ancak tek bir olaydan hareketle yeni fiziğin ilk işaretlerinin görüldüğü sonucuna varmanın mümkün olmadığını vurguladı.
Tovey, olayın daha sıradan süreçlerden kaynaklanıp kaynaklanmadığını belirlemek için kapsamlı kontroller yapıldığını ve sinyalin şimdiye kadar bütün testlerden geçtiğini belirtti. Kesin yanıt için daha fazla veriye ihtiyaç duyulduğunu vurgulayan Tovey, doğrulanırsa bu bulgunun sonuçlarının evrene ilişkin anlayışımız açısından "çok büyük" olacağını ifade etti.
LZ sözcüsü ve Brown Üniversitesi'nden Profesör Rick Gaitskell de olayın karanlık maddenin ortaya çıkmasının beklendiği ve diğer arka plan sinyallerinin son derece düşük olduğu bir bölgede görülmesinin dikkat çekici olduğunu söyledi.
Ancak Gaitskell, "Karanlık maddeyi gördüğümüzü iddia etmiyoruz. Fakat bilim dünyasıyla paylaşmak istediğimiz ilginç bir şey gördük," diyerek ihtiyatlı davrandı.
10 ton sıvı ksenon kullanılıyor
LZ deneyi, karanlık madde parçacıklarının normal maddeyle son derece nadir gerçekleşmesi beklenen etkileşimlerini yakalamak için yaklaşık 10 ton sıvı ksenon elementi kullanıyor.
Bir parçacık dedektördeki ksenon atomlarıyla etkileştiğinde enerji açığa çıkıyor ve çok küçük ışık parlamaları meydana geliyor. Bilim insanları bu sinyalleri inceleyerek etkileşimin karanlık maddeden mi yoksa bilinen başka parçacıklardan mı kaynaklandığını anlamaya çalışıyor.
Deneyin yaklaşık 1,5 kilometre yer altında kurulmasının amacı da uzaydan gelen kozmik ışınların oluşturduğu parazitleri büyük ölçüde engellemek. Dedektör ayrıca su tankı ve dış dedektörlerle çevrelenirken, gelişmiş hesaplama yöntemleri de karanlık madde sinyallerini taklit edebilecek olayları ayıklamak için kullanılıyor.
Yeni çalışma kapsamında Mart 2023 ile Nisan 2024 arasında toplanan 220 günlük veri analiz edildi.
Araştırmacılar daha önce aynı veri kümesini basit etkileşimlerden kaynaklanabilecek düşük enerjili sinyaller açısından incelemişti. Yeni analiz ise dedektörde daha yüksek miktarda enerji bırakabilecek daha geniş WIMP (zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacıklar) etkileşimlerine odaklandı.
Çalışmanın başyazarı Bristol Üniversitesi'nden Sam Eriksen, aylar boyunca olası bütün arka plan kaynaklarını anlamaya çalıştıklarını belirterek, "Dedektörümüzü ve arka planları o kadar iyi anlıyoruz ki bulduğumuz gibi tek bir sıra dışı olay bile önemli," dedi.
Karanlık madde etkileşimlerinin son derece nadir gerçekleşmesinin beklendiğini hatırlatan Eriksen, yalnızca birkaç olayın bile karanlık maddenin arkasında WIMP'nin olup olmadığına işaret edebileceğini söyledi.
Protondan 200 kattan fazla ağır olabilir
Araştırmacıların hesaplamalarına göre, eğer sıra dışı olay gerçekten karanlık maddeden kaynaklandıysa bunu meydana getiren WIMP parçacığının kütlesinin en az 200 GeV/c² olması gerekiyor. Bu, parçacığın protondan 200 kattan fazla ağır olması anlamına geliyor.
Bulgular ayrıca WIMP'lerle sıradan madde arasında, en basit modellerin öngördüğünden farklı bir etkileşim türünün bulunabileceğine işaret ediyor.
Ancak sonuç henüz fizikte keşif için kabul edilen istatistiksel güven düzeyinin altında.
Yeni analiz 2,6 sigma seviyesinde istatistiksel anlamlılığa ulaştı. Araştırmacılara göre bu değer, gözlenen olayın bilinen arka plan süreçlerinden kaynaklanma ihtimalinin yaklaşık yüzde 0,5 olduğu anlamına geliyor.
Parçacık fiziğinde yeni bir keşfin ilan edilebilmesi için genel olarak 5 sigma eşiğine ulaşılması gerekiyor. Dolayısıyla mevcut bulgu, karanlık maddenin tespit edildiğini söylemek için yeterli değil.
Daha fazla veri belirleyici olacak
Bilim insanları şimdi LZ'nin topladığı yeni verilerde benzer olayların olup olmadığını araştıracak. Eğer aynı özellikleri taşıyan başka olaylar görülür ve istatistiksel anlamlılık yükselirse karanlık madde açıklaması güçlenebilir. Aksi durumda mevcut sinyal istatistiksel bir dalgalanma veya henüz tanımlanmamış nadir bir arka plan süreci olarak kalabilir.
LZ halihazırda dünyanın en büyük karanlık madde veri kümelerinden birini oluşturmuş durumda ve deney Güney Dakota'daki yeraltı tesisinde veri toplamaya devam ediyor. Böylece araştırmacılar önümüzdeki dönemde sıra dışı sinyalin istatistiksel olarak güçlenip güçlenmediğini test edebilecek.
250 bilim insanı ve mühendisin yer aldığı LZ iş birliği, 39 kurumdan oluşuyor.