Karanlık Maddeyi Açığa Çıkarmak Mümkün Olabilir mi?

Hakkında birçok araştırmanın olduğu ve modern fiziğin merak edilen konuları arasında zirveyi zorlayan karanlık maddenin, tam olarak ne olduğu hâlâ çözülebilmiş değil. Bilimciler, en kafa karıştırıcı p..
Görsel Telif:

Hakkında birçok araştırmanın olduğu ve modern fiziğin merak edilen konuları arasında zirveyi zorlayan karanlık maddenin, tam olarak ne olduğu hâlâ çözülebilmiş değil. Bilimciler, en kafa karıştırıcı problemlerden birisi olan karanlık maddenin ne olduğunu çözebilmek için, evrendeki en gizemli olguların bir kısmını (kara delikler, kütleçekim dalgaları ve aksion) birleştirerek, yeni bir kuram öne sürdüler.

Teoride; evrenin, çok sayıda karanlık madde bulutları oluşturma yeteneğine sahip, devasa “kütleçekimsel atomlar” ile dolu olduğu varsayılıyor ve LIGO adındaki devasa kütleçekimsel dalga dedektörü kullanılarak tamamıyla yeni tür parçacıkları tespit etmenin mümkün olabileceği öngörülüyor.

Bu yeni kuramın akıl almaz fiziğine balıklama dalmadan önce, başrol oyuncularını tanıyalım. Einstein’ın genel görelilik kuramıyla tanımlanmış olan kara delikleri, ışığın dahi kaçamadığı çok çok güçlü bir çekim gücüne sahip olan kozmik gökcisimleri olarak tanımlayabiliriz.

Kara delikler, o kadar güçlü kütleçekim alanlarını kontrol ederler ki, iki kara delik çarpıştığında, kütleçekim dalgalarını oluşturur. Einstein 100 yıldan uzun bir süre önce varsayımda bulunduğu ve 11 Şubat 2016 tarihinde LIGO vasıtasıyla gözlemlenen kütleçekim dalgalarını; evrendeki en şiddetli olaylar sonucu uzay-zamanın dokusunda oluşan dalgalanmalar olarak ifade edebiliriz.

Peki, karanlık madde için önerilen ve pek çok adaydan bir tanesi olan aksion nedir? Bu kısım biraz karışık, çünkü kara deliklerin ve kütleçekim dalgalarının aksine, aksionların gerçekten var olup olmadıklarından emin değiliz ve son 40 yıldır aksionları arıyoruz. Fizikçiklerin karanlık maddenin ne olduğuna dair arayışlarında WIMP aramalarının sonuçsuz kalmasıyla birlikte, aksion adı verilen kuramsal parçacık büyük bir heyecan yarattı. Aslında aksionun kendisi yeni sayılmaz. Fizikçiler onun varlığını ilk kez 1980’lerde, Helen Quinn ve Roberto Peccei’nin güçlü çekirdeksel kuvvetle ilgili bir problemin çözülmesine katkı sağlayan makalelerinin ardından düşünmüştü. Adını da bir deterjandan alıyor. Massachussets Teknoloji Enstitüsü’nden Prof. Frank Wilczek, “Güçlü Yük-Parite sorunu”nu temizlediği için bu adı yakıştırmış.

Aksionların, bir elektronun 1 kentilyonda (1 milyar*milyar) bir kütlesine sahip olduğu öngörülüyor ve eğer varlıkları kanıtlanabilirse, bu olağanüstü hafif parçacıklar fiziğin standart modelinin başlıca teorik problemlerinin çözümüne yardımcı olabilir.

Baş aktörleri tanıdığımıza göre, şimdi bu yeni akıl almaz teoriyi tanımaya başlayabiliriz. (Ve evet, buna hipotez değil, teori diyoruz; çünkü matematiksel bir çalışmayı temel alıyor.)

Kanada’daki Perimeter Teorik Fizik Enstitüsü’nden Asimina Arvanitaki ve Masha Baryakhtar’ın öderlik ettiği fizikçilerden oluşan bir ekip; eğer aksionlar varsa ve tahmin edilen kütleye sahiplerse, bunların kendi çevresinde dönen bir kara delik tarafından çok büyük parçacık bulutları şeklinde üretilebileceğini öne sürdü.

Bu süreç, 2016 yılında tespit edilen dalgalar gibi kütleçekim dalgalarının üretilmesine yetebilir. Eğer durum böyleyse, sonunda karanlık maddenin izlerini gözlemlemek ve standart model içerisindeki boşlukları doldurmak için kütleçekim detektörlerini kullanabiliriz.

Teorinin temel düşüncesi, yeni tür parçacıkları aramak için, evrendeki en yoğun nesneler olan kara deliklerin kullanılması. Bu senaryoyu şöyle düşünebilirsiniz: Bir kara delik, devasa ölçülerde varsayımsal kütleçekim atomlarının merkezindeki bir çekirdek gibidir. Aksionlar, tıpkı normal atomlardaki elektronlar gibi, çekirdek merkezindeki yörüngelerde takılı kalmıştır ve dönmektedir.

Araştırma ekibinden Baryakhtar bu temel düşünceyi şöyle açıklıyor; elektronlar, elektromanyetizma aracılığıyla etkileşim kurarlar, böylece elektromanyetik dalgalar veya ışık dalgalarının oluşmasını sağlarlar. Aksionlar ise kütleçekim ile etkileşim kurarlar, böylece kütleçekim dalgalarının oluşmasını sağlarlar.

Eğer bir aksion, kara deliğin olay ufkuna çok yakın bir şekilde hareket ederse, kara deliğin spini onun aşırı yüklenmesine neden olur ve geçmişte yapılan pek çok deneyde fotonların çoğaltılması ile gösterilen süperradyans* (İng: superradiance) adındaki bir süreç sayesinde, bu aksionların sayısı kara delik içerisinde çoğaltılır.

Bu sayısı çoğalan aksionlar, başlangıçta olay ufku civarında bulunan aksionla aynı biçimde kara delikle etkileşime girer ve sonuçta 1080 kadar aksion ortaya çıkmış olur. Bu sayı tüm evrende bulunan atom sayısıdır ve bu miktarda aksion tek başına bir kara deliğin çevresinde bulunur.

Bu çoğalan aksionlar rasgele ortaya çıkmazlar. Bir atom çevresinde gözlemleyebileceğimiz elektron bulutları gibi, büyük kuantum dalgaları şeklinde gruplanırlar. Bu bulut içerisinde, birbiriyle çarpışan herhangi iki aksion, gravitonların (kütleçekim kuvvetine aracılık ettiği düşünülen varsayımsal parçacıklar) oluşmasına neden olur.

Gravitonların kütleçekim dalgalarıyla ilişkisi, fotonların ışıkla ilişkisi gibidir. Baryakhtar ve ekibi, evrene frekansı aksionların kütlesiyle belirlenen sürekli dalgaların yayılmasını tetikleyebileceklerini öne sürdüler.

Araştırmacıların tahminlerine göre, arttırılan hassasiyetiyle birlikte LIGO bir yıl içerisinde, bu aksion sinyallerinden binlercesini yakalayabilir; bu sayede araştırmacılardan onlarca yıldır kendini saklamayı başarabilmiş olan karanlık maddeye ait ilk sinyali gözlemek için bir yol açılabilir.

Elbette bunlar gibi büyük teoriler, beraberinde uyarılarla birlikte gelir. Bu yöntemin işe yaraması için, aksionların çok özel bir kütleye sahip olması gerekir ve bu kütlenin karanlık maddeye ait mevcut öngörülerle iyi uyum göstermesi şart değildir.

Fakat yine de bu fikir fizikçileri heyecanlandırmış durumda. Üstelik LIGO’nun ilerleyen yıllarda hassasiyetinin büyük oranda arttırılacağı da düşünülürse, bu fikri gerçekten sınamak için çok fazla beklememize gerek kalmayacak.

*Süperradyans: Birbirleriyle koherens yani faz uyumu halindeki atomların uyarılmaları sonucunda, kendiliğinden ışımaya kıyasla daha fazla foton salınımı yapmalarına ve bu fotonların kendiliğinden ışımaya kıyasla, doğrultularının aynı olmasına neden olan süreç.)


Kaynaklar ve İleri okuma:

  •  This Mind-Bending Theory Joins Black Holes, Gravitational Waves & Axions to Find New Physics  < http://www.sciencealert.com/this-mind-bending-theory-merges-black-holes-gravitational-waves-and-axions-to-solve-a-major-physics-problem >
  • Superradiance: one theory with different faces < http://guava.physics.uiuc.edu/~nigel/courses/569/Essays_Fall2009/files/youn.pdf >
  • Black hole mergers and the QCD axion at Advanced LIGO < https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.95.043001 > DOI: 10.1103/PhysRevD.95.043001

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