Güney Dakota’daki LUX-ZEPLIN deneyi, 280 günlük veriyi analiz ederek karanlık madde adayı WIMP’lerin hangi özelliklere sahip olamayacağını ortaya koydu.
Evrenin büyük kısmını oluşturan karanlık madde, modern fiziğin en büyük bilinmezlerinden biri olmaya devam ediyor. Işığı yaymayan, soğurmayan ya da yansıtmayan bu gizemli madde doğrudan gözlemlenemese de galaksilerin hareketlerinden kütle çekimsel etkilerine kadar pek çok olay onun varlığını işaret ediyor. Ancak karanlık maddenin tam olarak ne olduğu hala netleşmiş değil. Bu soruya yanıt arayan, dünyanın en hassas dedektörlerinden biri olan LUX-ZEPLIN (LZ), yeni sonuçlarıyla olasılıkları daralttı.
Güney Dakota’daki Sanford Yeraltı Araştırma Tesisi’nde yaklaşık 1,5 kilometre derinlikte çalışan LZ deneyi, karanlık madde için en güçlü model adaylarından zayıf etkileşimli kütleli parçacıkları (WIMP) araştırıyor. Mart 2023 ile Nisan 2024 arasında toplanan 220 günlük verinin, daha önceki 60 günlük verilerle birleştirilmesiyle elde edilen 280 günlük analiz sonuçları, WIMP’lerin hangi özelliklere sahip olamayacağını göstererek karanlık madde arayışında yeni sınırlar belirledi. Deneyin 2028 yılına kadar toplam bin günlük veri toplaması hedefleniyor.
Dedektörün kalbinde on ton saf sıvı ksenon (Xe) bulunuyor. Bu yoğun ortam, dışarıdan gelen gürültüyü engelleyerek olası WIMP etkileşimlerinin yakalanmasını sağlıyor. Bir WIMP’in ksenon çekirdeğine çarpması halinde ortaya çıkan ışık ve elektron sinyalleri kaydediliyor. Ancak bu sinyalleri gerçekten karanlık maddeye ait olanlardan ayırmak oldukça zor. LZ deneyindeki dedektör çok katmanlı olarak tasarlandı. Dış tabakalarda kullanılan gadolinyum yüklü sıvı, nötronları tespit ederek WIMP sinyalleri olmayanları elemede önemli rol oynuyor. Ayrıca radon gazının bozunmalarının da WIMP sinyallerini taklit etmesi mümkün. Araştırmacılar bu nedenle radonun tüm bozunma zincirini takip ederek sahte işaretleri ayırt etmeye çalışıyor.
LZ deneyinde algı hatalarından korunmak için “salting” adı verilen özel bir yöntem uygulanıyor. Veri toplama sırasında dedektöre yapay WIMP sinyalleri ekleniyor ve bunlar analiz süreci tamamlanana kadar ayırt edilemiyor. Böylece araştırmacılar bilinçsiz önyargılardan uzak bir şekilde çalışabiliyor.
Şimdilik doğrudan bir karanlık madde keşfi yapılmış değil. Ancak elde edilen sonuçlar, yanlış modelleri eleyerek bilim insanlarının daha doğru yollara odaklanmasına yardımcı oluyor. Ayrıca LZ, yalnızca WIMP arayışına değil, nötrinolar veya ksenon izotoplarının nadir bozunmaları gibi başka olaylara da ışık tutabilecek kapasiteye sahip.
250 bilim insanının görev aldığı LZ projesi, gelecek yıllarda daha kapsamlı verilerle karanlık madde arayışını sürdürecek. Hedef, yalnızca WIMP’leri değil, farklı kütle aralıklarındaki diğer karanlık madde türlerini de incelemek. Bunun yanında deneyin bir üst versiyonu olacak XLZD için de hazırlıklar şimdiden başlamış durumda. Karanlık maddenin gizemini çözmek zaman alacak gibi görünüyor, ancak her yeni sonuç bizi gerçeğe biraz daha yaklaştırıyor.
Kaynak: Eurekalert
