Yeraltında, bilim adamları modern bilimin en zor hedeflerinden birine yaklaşıyorlar: karanlık madde. ABD ve İtalya'daki yeraltı laboratuvarlarında, bu zor malzemenin varlığını ortaya çıkaracak atom altı çarpışmaları tespit etme umuduyla, büyük sıvı ksenon fıçıları kurdular ve bunları son derece hassas dedektörlerle kapladılar.
Bununla birlikte, araştırmacılar, mevcut dedektör neslinin etkinliklerinin sınırına ulaştığını kabul ediyor ve bu tür makinelerle karanlık maddeyi tespit edemezlerse, kozmos anlayışlarını tamamen yeniden değerlendirmeye zorlanabilecekleri konusunda uyarıyorlar.
University College London'dan fizikçi Profesör Chamkaur Ghag, "Karanlık madde, tüm evrenin kütlesinin yaklaşık %85'ini oluşturuyor, ancak giderek daha güçlü dedektörler üretmemize rağmen onu şimdiye kadar tespit edemedik" dedi. "Artık dedektörlerimizin sınırlarına yaklaşıyoruz ve önümüzdeki birkaç yıl içinde karanlık madde bulamazlarsa, evren ve yerçekimi hakkında düşünme şeklimizde çok yanlış bir şeyler olduğunu kabul etmek zorunda kalabiliriz."
Karanlık madde arayışı, geçen yüzyılda gökbilimcilerin galaksilerin sabit kalamayacak kadar hızlı döndüklerini keşfetmeleriyle başladı. Gözlemler, görünür içeriklerinden (yıldızlar, gezegenler ve toz bulutları) 10 kat daha büyük kütlelere sahip olmaları gerektiğini gösterdi, aksi takdirde kendilerini parçalayacaklardı.
Galaksileri bir arada tutmak için gereken ekstra yerçekimini üreten eksik malzemeye “karanlık madde” adı verildi. Gökbilimciler başlangıçta, Dünya'dan veya nötron yıldızları gibi diğer adaylar tarafından görülemeyecek kadar küçük veya sönük yıldızlardan oluşabileceğini düşündüler. Ancak, yeni nesil güçlü teleskoplar, bunların uygulanabilir olasılıklar olmadığını gösterdi.
Böylece bilim adamları, evrenin kayıp kütlesini açıklamak için astronomik olarak büyükten inanılmaz derecede küçüğe döndüler. Çok sayıda tespit edilmemiş parçacığın galaksilerin etrafında görünmez haleler oluşturduğunu ve yerçekimi alanlarını artırdığını savundular. Bu varsayımsal parçacıklara zayıf etkileşimli büyük parçacıklar denir ve yirmi yıldır araştırmacılar bunları tespit etmek için çaba sarf etmektedir.
Bu çabalar, atom altı parçacıklardan korundukları yerin derinliklerinde dedektörler inşa etmeyi içeriyordu - sürekli olarak Dünya'ya yağan ve cihazlarında yanlış pozitif okuma akışlarını tetikleyen üst atmosfere çarpan kozmik ışınlar tarafından tetikleniyor.
Ghag, "Beklenti, bir pısırık bir ksenon çekirdeğe çarpacak ve ortaya çıkan ışık parlaması bir dedektör tarafından tespit edilecek ve böylece bir karanlık madde pısırıkının varlığını ortaya çıkaracaktı" dedi. "Yıllarca süren çabalara rağmen, henüz böyle bir flaş görmedik. Daha fazla duyarlılığa ihtiyacımız var.”
Şimdi araştırmacılar umutlarını şimdiye kadar tasarlanmış en hassas iki pısırık avcısına bağlıyor. İtalya'nın Gran Sasso dağlarının altında inşa edilen biri, XENONnT olarak bilinir. Diğeri, Lux-Zeplin, eski bir Güney Dakota altın madeninde inşa edilmiştir. Her iki cihaz da birkaç ton ksenon ile dolduruldu - önceki herhangi bir cihaza konandan çok daha fazla - ve bu, bir çekirdeğe bir pısırık tarafından vurulma olasılığını artırmalıdır.
Lux-Zeplin ekibinin bir üyesi olan Ghag, "Her iki cihaz da şu anda operasyonel testlerden geçiriliyor ve birkaç ay içinde bu denemeler tamamlanacak. Bu süre zarfında karanlık madde tespit ettiğimizi görebiliriz - bu çok iyi bir haber olur. Aksi takdirde, her iki cihaz da birkaç yıl kesintisiz olarak çalışacaktır. Esasen, makinelerimizde ne kadar fazla ksenon varsa ve dedektörlerimizi ne kadar uzun süre çalıştırırsak, çarpışmaların meydana gelme olasılığı ve karanlık maddenin varlığını ortaya çıkarması o kadar iyi olur.”
Ancak artık bunun olmayacağı ve karanlık maddenin yakalanması zor olabileceğine dair bir olasılık olduğu kabul ediliyor. New Jersey'deki Princeton Üniversitesi'nde fizikçi olan Mariangela Lisanti'nin yakın zamanda Science dergisinde belirttiği gibi : "Pısırık hipotezi, bu yeni nesil dedektörler çalıştıktan sonra gerçek hesabıyla yüzleşecek."
Lux-Zeplin ve XENONnT Wimp'leri bulamazsa, iki bilim insanı ekibi, onları bulmak için mevcut teknolojiyi kullanmak için son bir şansa sahip olacak - güçlerini birleştirerek onlarca ton ksenon içeren son bir süper büyük dedektör oluşturmak için. izole edilmesi nadir ve pahalı olan ve birkaç yıl boyunca çalıştırılacak gaz.
Ve eğer bu son şans dedektörü karanlık maddeyi bulamazsa, bilim adamları şaşkına döner. Makinelerini daha da hassas hale getirmek, her saniye trilyonlarca Dünya'ya yağan nötrino adlı başka bir tür atom altı parçacık tarafından tetiklenen sinyaller tarafından boğulmalarına neden olur. Başka yaklaşımlar da alınmalıdır.
Ghag, "Pısırıkları ararken anahtarlarımızı sokak lambasının altında arıyor olabiliriz," diye ekledi. “Karanlık madde şimdiye kadar varsaydığımızdan çok daha tuhaf olabilir. Küçük kara deliklerden yapılmış olabilir. Ya da bir pısırıktan milyonlarca kat daha hafif bir şeyden yapılmış olabilir ve bunu tespit etmek çok zor olacak. Bu yüzden tespit etme girişimlerimizde çok daha karmaşık olmamız gerekecek.”
Normal madde ile zar zor etkileşime girebilecek bir madde biçimi bulmaya yönelik bu tür çabalar gereksiz görünebilir. Ancak karanlık maddenin yaygın yerçekimi etkisi olmasaydı, galaksiler, yıldızlar ve gezegenler erken evrende bir arada olmazdı ve bildiğimiz gibi yaşam evrimleşmezdi. Bu nedenle bilim adamları, gerçek doğasını keşfetme çabalarını sürdürüyorlar.
