Evrenin yaklaşık %85’ini oluşturan görünmez karanlık maddenin ne olduğunun onlarca yıldır fizikçiler tarafından araştırıldığı bir dönemde, Güney Dakota’da yer alan ve yeraltının neredeyse bir mil altında bulunan deneysel bir tesis, normal maddeden beklenenlerden farklı tek bir alt parçacık etkileşimi kaydetti. Bu durum, karanlık madde araştırmacıları arasında heyecan yarattı.
Bu tespit, dünyanın en hassas karanlık madde dedektörlerinden birine ev sahipliği yapan dönüştürülmüş bir altın madeni olan Sanford Yeraltı Araştırma Tesisinde (SURF) yapıldı. 2021’den beri LUX-ZEPLIN Karanlık Madde Deneyi, ultra saf 10 ton sıvı xenon ile dolu korumalı bir tankta hafif flaşlar kaydediyor. Bu flaşlar, zayıf etkileşimli kütleli parçacıkların (WIMP’ler) xenon atomlarıyla çarpışması sonucu oluşuyor. Sonuçlar, 39 kurumdan oluşan uluslararası bir bilim insanı ve mühendislerden oluşan 250 kişilik bir ekip tarafından analiz ediliyor. Deney, ABD Enerji Bakanlığı’nın Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı tarafından yönetiliyor.
Araştırmacılar, Mart 2023 ile Nisan 2024 arasında toplanan 220 günlük veriyi incelediler. Önceki analizler, en basit WIMP etkileşimlerinden gelen zayıf sinyalleri ararken, bu yeni inceleme daha enerjik etkileşimleri de tespit etmek için arama parametrelerini genişletti. Elde edilen bir sonuç, normal maddeyle ilgili bilinen arka plan sinyallerinin bağlamında açıklanması zor olan nükleer geri tepme enerji spektrumu gösterdi.
“Bu olayın verilerdeki konumunun, karanlık maddenin görünmesi beklenen bölgede olduğunu ve rekabet eden arka planların çok düşük seviyede olduğunu görmek bizi çok heyecanlandırdı” diyen Brown Üniversitesi’nden Profesör Rick Gaitskell, “Ancak sadece bir olayla kendimizi aşırıya kaçmamalıyız. Karanlık maddeyi tespit ettiğimizi iddia etmiyoruz. Ancak, bilim camiasının görüşleri için paylaşmak istediğimiz ilginç bir şey gördük” şeklinde bir açıklama yaptı.
Araştırma ekibinin analizine göre, bu anormal olaya neden olan parçacığın kütlesi, eğer gerçekten karanlık madde ise, protonun 200 katından daha fazla olabilir. Ancak, bu varsayımın yapılması henüz çok erken. Tespitin anlamlılık seviyesi 2.6 sigma olup, bu değer, bir keşif iddiası için gereken 5-sigma standardının altında. Şu anda, istatistiksel verilere göre, bu olayın bilinen arka plan etkileşimleri tarafından açıklanma olasılığı yaklaşık %0.5 olarak tahmin ediliyor.
SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda fizikçi olan ve LUX-ZEPLIN bilim ekibinin bir üyesi olan Daniel Akerib, onlarca yıldır karanlık madde etrafındaki sırları çözmenin tek bir anormal olayla mümkün olmadığını belirtti. “Sonucun doğrulanması, farklı izotoplarda maddenin nasıl etkileşime girdiğinin öğrenilmesi ve laboratuvarda üretilmesi gerekir” dedi. Ayrıca, “Bir ‘ses’in duyulması ile onun kozmik bolluğunun belirlenmesi arasında büyük bir fark vardır” şeklinde ekledi.
Karanlık madde gizemi 1930’lara kadar uzanmaktadır. İsviçreli astronom Fritz Zwicky, Koma Kümesi’ndeki galaksilerin toplam kütlesinin, görünen yıldız ışınımıyla açıklanabilecek kütleden yüzlerce kat daha fazla olduğunu fark etti. 1970’lerde ise Amerikalı astronom Vera Rubin, bu “kayıp kütle” probleminin çok çeşitli galaksilere yayıldığını gösterdi. Astrofizikçiler, bu kayıp kütlenin görünmez maddeden oluştuğu sonucuna vardılar. Ancak bu madde neydi?
WIMP’ler şu anda karanlık madde gizeminin en önemli adaylarıdır. Geçmişte, normal maddeden oluşan, yaramaz gezegenler, ölü yıldızlar, kahverengi cüceler ve ilkel kara delikler gibi nesnelerin de kayıp kütleyi oluşturabileceği düşünülmüştü. Ancak astronomik araştırmalar, bu tür büyük kompakt halo objelerinin (MACHO’lar) sayısının yeterli olmadığını göstermiştir. Diğer adaylar arasında, güçlü etkileşimli kütleli parçacıklar (SIMP’ler) ve hafif alt parçacık sınıfı olan axionlar bulunmaktadır.
LUX-ZEPLIN, karanlık madde için arama yapan tek deney değildir. İtalya’daki Gran Sasso Ulusal Laboratuvarı’ndaki XENON Karanlık Madde Projesi ve Çin Jinping Yeraltı Laboratuvarı da bu konuda çalışmalar yürütmektedir.
Günümüzde, evrenin kütle-enerji içeriğinin sadece %5’inin normal maddeden, %27’sinin karanlık maddeden oluştuğu ve geri kalan %68’in ise evrenin hızlanan genişlemesini sağlayan bir güç olan karanlık enerjiden oluştuğu tahmin edilmektedir. Bu hafta başlatılan NASA’nın Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu‘nun, hem karanlık enerjinin hem de karanlık maddenin doğası hakkında ek bilgiler sağlayacağı beklenmektedir.
