Karanlık Madde Adaylarından Bazıları Elendi

Güney Dakota’da bulunan Sanford Yeraltı Araştırma Tesisi’nin  bir mil kadar altında yer alan Büyük Yeraltı Ksenon (LUX) karanlık madde deneyi, dünyadaki en duyarlı karanlık madde dedektörü..
Görsel Telif:

Güney Dakota’da bulunan Sanford Yeraltı Araştırma Tesisi’nin  bir mil kadar altında yer alan Büyük Yeraltı Ksenon (LUX) karanlık madde deneyi, dünyadaki en duyarlı karanlık madde dedektörü olduğunu zaten kanıtlamıştı. Şimdi bilimciler tarafından daha da geliştirilerek, en büyük karanlık madde adayı olan WIMP (zayıf etkileşen büyük kütleli parçacık) arama yetisini dikkate değer oranda arttırdı. Böylece karanlık madde parçacıklarının neler olamayacağına ilişkin şimdiye kadarki en net tabloyu çizdi.

Geçtiğimiz günlerde tamamlanan araştırma, LUX’un 2013 yılındaki ilk çalıştırılması sırasında toplanan verileri yeniden inceleyerek, başka deneylerin potansiyel karanlık madde ipuçları olabilecek raporlamalar yaptıkları bazı düşük kütle aralıklarında karanlık madde algılama olasılığını devre dışı bırakmış oldu. Elde edilen bulgular Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.

“LUX’un düşük kütleli WIMP’lere karşı iyi bir algılama gücü olması gerektiğini uzun süredir düşünüyorduk; fakat ilk kez bu analiz ile birlikte bundan tam anlamıyla yararlanıyoruz,” diyor LUX kurucularından Tom Shutt.

Yerin Dibinde Karanlık Madde Aramak

Karanlık maddenin evrendeki baskın madde biçimi olduğu düşünülüyor. Bilimciler karanlık maddenin varlığını, gökadaların dönüşü üzerinde yarattığı kütleçekimsel etkilere ve uzayda ilerleyen ışığın bükülmesine bakarak anlıyor. Karanlık madde adayı WIMP’lerin de normal madde parçacıkları ile çok nadir olarak etkileştikleri düşünülüyor ve şu ana kadar hiç algılanamadılar.

LUX deneyi, duyarlı ışık dedektörleri ile çevrelenmiş 1/3 tonluk sıvı ksenondan oluşuyor. Bu düzeneğin kuruluş amacı, karanlık madde parçacıklarının ksenon atomları ile çarpışmalarını algılamak. Böyle bir şey olduğu anda, ksenon geri teperek ince bir ışık atımı yayımlayacak. Bu ışık da sensörler tarafından algılanacak. Dedektörün konumunun Sanford Laboratuvarı’nın altında, yerin derinliklerinde seçilmesinin nedeni işte bu sensörleri kozmik ışınlardan ve olası karanlık madde sinyali ile girişim yapabilecek başka ışınımlardan korumak.

LUX henüz bir karanlık madde sinyali yakalayabilmiş değil. Fakat üstün duyarlılığından ötürü bilimciler, WIMP’lerin sahip olabileceğini düşündükleri çok sayıda özelliği (LUX’un taradığı fakat herhangi birşey algılamadığı aralıkları göz önüne alarak) eleyebildi. Makalelerinde ayrıntılarını paylaştıkları yeni kalibrasyon teknikleri, özellikle düşük WIMP kütleleri için duyarlılığı arttırmış oldu.

Araştırmayı Daha Duyarlı Duruma Getirmek

LUX bilimcileri dedektörlerini kalibre ederken, karanlık madde parçacıklarının vekili olarak nötron kullanmış. Ksenon atomlarından seken nötronlar, bilimcilerin LUX dedektörünün geri tepme sürecine nasıl tepki vereceğini niceliksel olarak saptamasını sağlamış. Dedektörün içine geçici bir süreyle radyoaktif gaz göndererek, araştırmacılar çarpan atomik elektronlardan kaynaklanan küçük miktarlardaki enerji birikimlerine karşı dedektör tepkisini de kalibre edebilmişler. “Yakalaması zor karanlık madde parçacıklarını ararken, dedektörümüzün becerilerini sürekli olarak ileri götürme çok önemli,” diyor Brown üniversitesi’nden ekip üyesi Rick Gaitskell.

Duyarlılığı arttırmak amacıyla, Stanford Lineer Hızlandırıcı Merkezi’nden (SLAC) Tomasz Biesiadzinski, ışık sensörlerinden gelen sinyallerin daha iyi nicel ölçümü için araçlar geliştirirken, Wing To istatistiksel duyarlılık ve limit analizleri üzerinde çalışmış. Yapılan iyileştirme çalışmaları, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve Brown Üniversitesi bünyesinde gerçekleştirilen simülasyonlarla desteklenip, bilimcilerin başka karanlık madde parçacığı modellerini sınamasını ve bir kısmının araştırma dışı bırakılmasını sağlamış.

“LUX bilimcileri en düşük enerjilerdeki kalibrasyonlar konusunda önemli bir çalışma yaptı. LUX ve SuperCDMS’nin kesiştiği bölgelerde tamamlayıcı hedeflerimizin olması çok önemliydi,” diyor Minnesota Üniversitesi ve SuperCDMS karanlık madde deneyi üyesi Priscilla Cushman.

İleri Araştırmalara Hazırlık

Son veri alımı 2014’ün sonlarında başlamıştı ve Haziran 2016’ya dek sürecek. “Alınacak yeni verilerde herhangi bir karanlık madde parçacığı görebileceğimizi düşünmek heyecan verici,” diyor LUX ekibinden Dan McKinsey.

Sanford Laboratuvarı’nda yapılacak yeni nesil karanlık madde deneyi de şimdiden yolda. 2016’nın sonuna doğru LUX dağıtılarak, LUX-ZEPLIN’in (kısaca LZ) daha büyük olacak ksenon dedektörü yapılacak. Bu kez 10 ton ksenon kullanılacak; yani LUX için kullanılan hacmin neredeyse 30 katı kadar.

“LZ’nin ksenonunun tamamı SLAC’da saflaştırılacak. LUX için kullandığımızdan 20 kat daha hızlı ve 100 kat daha saf sıvı ksenon üreten bir saflaştırma sistemi üzerinde çalışıyoruz,” diye açıklıyor LZ ekibinin liderlerinden Dan Akerib.

 


Kaynak: Symmetry Magazine, “LUX maps where dark matter isn’t” < http://www.symmetrymagazine.org/article/lux-maps-where-dark-matter-isnt >
Referans Makale: arXiv, “Improved WIMP scattering limits from the LUX experiment” < http://arxiv.org/abs/1512.03506 >


Bu içerik BilimFili.com yazarı tarafından oluşturulmuştur. BilimFili.com`un belirtmiş olduğu “Kullanım İzinleri”ne bağlı kalmak kaydıyla kullanabilirsiniz.

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv