Daha önce bildirilmiş bir buluşun geri çekilmesi, karanlık maddenin gizemini derinleştiriyor

 

Gizemli hikayelerde, kitabın sonuna doğru başlıca şüpheli neredeyse her zaman önemli bir kanıt parçası yanlış olduğu için temize çıkarılır.

Bilimde, başlıca kanıt her zaman doğru olmalı ama bazen bu şekilde olmuyor. Uzaydaki görünmez “karanlık madde”nin gizeminde, başlıca şüpheliyi ilgilendiren kanıtlar şimdi doğrudan çürütüldü. Yaygın olarak başlıca karanlık madde adayları olarak kabul edilen küçük parçacıklar olan WIMP’ler onları tespit etmeyi amaçlayan önceki tek çalışmayı test etmek için özel olarak tasarlanmış bir deneyde ortaya çıkmadı.

On yıllar boyunca zamanla fizikçiler uzaydaki maddenin protonlardan ve nötronlardan oluşan dünyadaki maddeyle alakası olmadığını anladı. Görünür madde (yıldızlar ve galaksiler) üzerindeki gravitasyonel (yer çekimi ile ilgili) etkiler kozmosu kaplayan kimliği bilinmeyen bazı karanlık maddelerin göstergesi oldu. Galaksimizin merkezindeki süper kütleli karadelik 4 milyon Güneş kütlesinde olsa bile Samanyolundaki milyarlarca yıldızı bir arada tutacak kadar güçlü bir çekime sahip değildir bu yüzden galaksinin dağılmasını önleyen ek bir kütle olduğu düşünüldü ve buna karanlık madde dendi. Normal madde kozmik madde bolluğunun yüzde 20’sinden azını oluşturmaktadır, geri kalanını karanlık madde oluşturur.

Konu ile alakasız sebepler nedeniyle, teorisyenler, doğanın süper simetri yada kısacası “SUSY” olarak bilinen teorik bir matematiksel çerçeve tarafından tahmin edilen küçük gizemli parçacık türlerine sahip olduğunu uzun zaman önce öne sürdüler: “Zayıf Etkileşimli Büyük Kütleli Parçacık” (Weakly Interacting Massive particles) yani “WIMP”, standart modele göre (Elektromanyetizma, zayıf çekirdek kuvveti ve güçlü çekirdek kuvvetini içeren, atom altı parçacıkları ve bunların birbiriyle olan ilişkilerini açıklayan modeldir) çok büyük fakat diğer maddelerle zayıf bir şekilde etkileşimdedir.

Mümkün olabilecek tüm WIMP türleri arasından biri (muhtemelen en hafif olan), yıldızlar ve galaksilerin hareketiyle karışan karanlık maddeyi açıklamak için gerekli olan özelliklere sahip olmalıdır. Son yüzyıla baktığımızda araştırmacılar WIMP’lerin varlığını ispat etmek ve karanlık maddeyi hangi türlerin oluşturduğunu tanımlamak amacıyla çalışmalara başladı.

“Haziran-Aralık” yaklaşımı ve diğer çalışmalar

1998’de bir araştırma grubu görünür bir başarıyı duyurdu. İtalyan Alplerinin altında gömülü parçacık dedektöründen oluşan “DAMA” (DArk MAtter) olarak adlandırılan deney bazı fizikçilerin karanlık madde sinyali beklentisiyle eşleşen özelliklere sahip parçacıkları tespit etti. Uzayın WIMPlerle dolu olduğu fikrine dayanarak uygulaması zor bir deney yapıldı. Sodyum iyodür yığını içeren bir dedektör WIMP tarafından darbe aldığında bir ışık parlaması ortaya çıkarmalıydı ama WIMPler bir mit olsa bile doğal radyoaktif maddelerden olan diğer parçacıklar da ışık parlaması üretmeliydi.

Bu yüzden deneyciler daha önce fizikçiler Katherine Freese, David Spergel ve Andrzej Drukier tarafından önerilen yıllık modülasyon testi olarak bilinen zekice bir öneriyi benimsediler. Ama şimdilik onu “Haziran-Aralık yaklaşımı” olarak adlandıralım. Haziran ayında, Aralık ayına oranla daha fazla WIMP Dünya’ya çarpar, tıpkı yağmur yağarken arabanızın ön camına geri gitmeye kıyasla ileri doğru giderken daha fazla yağmur damlası çarpması gibidir.

Dünya, Güneş’in yörüngesinde dönerken, Güneş de Cygnus takımyıldızı yönünde spiral bir kolla taşınan Samanyolu galaksisinin etrafında hareket eder. Galaksimiz Kuğu Takımyıldızının olduğu noktada ikiye ayrılır ve iki ayrı kol olarak gözükür. Böyle görünmesinin sebebi bölgedeki devasa toz bulutlarının bulunmasıdır. Eğer galaksi gerçekten WIMP’lerle dolu ise Güneş, WIMP rüzgarı yaratmak için sürekli olarak onların içinden geçerek hareket etmeli. Hareket eden bir arabanın camından kafanızı çıkardığınızda hissettiğiniz rüzgar gibi…

Haziran’da Dünya’nın yörüngesi, güneşin galaksi etrafındaki hareketiyle aynı yönde, rüzgara doğru hareket eder ama Aralık ayında tersi yönde, rüzgardan uzaklaşarak hareket eder. Aralık 1998’de Paris’teki bir astrofizik konferansında DAMA takımından Pierluigi Belli, Aralık ayına oranla Haziran’da daha fazla parçacığın geldiğine dair net bir sinyal (en azından güçlü bir ipucu) yakaladı. Daha doğrusu sonuçlar gösterdi ki ışık flaşlarının frekansındaki yıllık değişimler Haziran’da zirveye ulaştı ve Aralık’ta minimuma indi. DAMA verileri bir WIMP’in 59 milyar elektron volt kütlesinde olduğunu belirtti, ki bu bir protonunkinden 60 kat fazladır.

Ama bazı uzmanların DAMA takımının veri analizleri hakkında bazı endişeleri vardı ve WIMP’ler için farklı dedektörler ve stratejilere sahip olan diğer araştırmacılar DAMA haklıysa WIMP’leri bulmalıydı, ama değillerdi. Yine de, DAMA ısrar etti. Deneyin gelişmiş bir versiyonu olan DAMA/LIBRA, Haziran-Aralık farklılığını aramaya devam etti. Belki de DAMA diğer deneylere göre WIMP’lere karşı daha hassastı. Sonuçta diğer araştırmacılar DAMA’nın metodlarını kullanmadı ve bazıları sodyum iyodür maddelerinden farklı olan maddeleri materyalleri tespit etmek ya da ışık flaşları yerine WIMP çarpışmalarının bir işareti olan sıcaklık yükselmelerini izlemek için kullandı.

Bu konuda, WIMP’ler teorisyenlerin gerçekten düşündüğü şey olmayabilir. DAMA başlangıçta WIMP’lerin iyodür atomlarıyla çarpışması inancına dayanarak kütlelerinin 60 proton kütlesine eşdeğer olduğunu bildirdi. Ancak sonraki veriler bildirdi ki belki de WIMP’ler sodyum atomlarına çarpıyordu ve bu çok daha hafif bir WIMP kütlesi olduğunu gösteriyordu: Diğer deneylerin hafif olanı tespit etmek için en uygun şekilde tasarlananların sonuçlarından daha hafifti.

Yine de başka bir olasılık vardı: Belki de metalik element olan talyumun (iyodür ve sodyumun atomlarından daha ağır) bir miktarının izini sürmek WIMP hedefleri olmuştu. Ancak bu öneriye ilişkin yapılan son inceleme bir kez daha DAMA sonuçlarının diğer deneylerdeki bulunamayan sinyallerle uzlaşılamayacağını gösterdi.
DAMA’nın kanıtlama için olan umudu şimdi İspanya’da yeni bir yeraltı deneyiyle daha da azaldı.

ANAIS işbirliğindeki biliminsanları DAMA’nın sonuçlarını aynı metod ve materyallerle yeniden üretmek amacıyla Haziran-Aralık metodunu sodyum iyodürle tekrar ettiler. Üç yıllık çalışmadan sonra ANAIS ekibi hiçbir WIMP sinyali bildirmedi.

Dürüst olmak gerekirse, WIMP’in sonuçsuz olması ciddi anlamda sofistike teknik analizlere dayanıyor. Bu sadece ışık flaşlarını saymak değildir. Dokuz farklı sodyum iyodür modülünün davranışı hakkında titiz veriler toplamanız gerekir. Modülleri hâlâ yapım aşamasında olmasına rağmen kozmik ışın çarpışmalarıyla üretilmiş nadir radyoaktif izotopların varlıklarını doğrulamalısınız ve sonrasında yaz-kış arasındaki sinyal farkını ayırt etmek için istatiksel analizlere ihtiyaç duyulur ve (eğer en küçük kare periogram veya Lomb Scargle tekniği gibi konularda tam bilgili değilseniz) bunlar evde deneyebileceğiniz şeyler değillerdir.

Ek olarak, son bir analiz sonucu çıkarmadan önce iki yıl daha veri toplama planlarıyla ANAIS hâlâ devam etmektedir, yani DAMA’nın WIMP’ler için olan kararı bu konuyla ilgili esas sonuç değildir. Yine de, bu WIMP’ler için iyi görünmüyor. En azıdan süper-simetri inancıyla harekete geçirilen WIMP’ler için.

Süper-simetri, sanıldığı kadar “süper” olmayabilir mi?
SUSY savunucuları için üzücü olarak, WIMP’leri uzayda aramak tek kötü haber değil. Parçacık hızlandırıcılarında WIMP üretme girişimleri de başarısızlığa uğradı. Karanlık madde atom altı parçacıkların başka türlerinden meydana geliyor olabilir. Eğer öyleyse Poirot’un katil olduğu anlaşılan, Agatha Christie’ye yakışır bir beklenmedik son bizi bekleyebilir. Simetri Einstein’ın görelilik teorisinden standart parçacık ve kuvvet modeline kadar birçok başarıya kılavuz olduğundan fizikçilerin uzun zamandır güvendiği arkadaşı olmuştur.

Yine de SUSY parçacıklarındaki başarısızlık var olmadıkları anlamına gelmiyor. Süper-simetri göründüğü kadar basit olmayabilir ve SUSY parçacıklarını tespit etmek biliminsanlarının zannettiği kadar kolay olmayabilir. Ancak eğer süper-simetrinin o kadar “süper” olmadığı ortaya çıkarsa, bilim insanlarının simetriye olan inancı onları yanlış yollara götürebilir.

Kaynak: https://www.sciencenews.org/article/dark-matter-mystery-deepens-demise-reported-detection