Karanlık madde sonunda aydınlanıyor mu? Bilim adamlarını heyecanlandıran olasılık!


Müthiş bir haber! (888-879) Bu iki sayı arasındaki küçük fark evrenin çözülememiş sırlarından olan karanlık maddeyi açıklayabilir. @uzakevrenler #popülerbilim

Beta radyasyonu denilen bir bozulma işlemi sırasında ortaya çıkan parçacıkların ürettikleri yollar. Kaynak: Nuledo, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Bir nötronun tam olarak ne kadar yaşadığı halen tartışılan bir konu. Araştırmacılar bu konuda yaptıkları son araştırmalar sırasında bu tartışmalı konuya heyecan verici bir cevap bulmuş gibi görünüyorlar ve bu cevap eğer nötron evrenin 4/5’ini oluşturduğu düşünülen karanlık madde denilen ve henüz ne olduğu açıklanamayan bir parçacığa bozulduğu bir senaryoya işaret ediyor. Büyük heyecan yaratan bir araştırma şimdi bu olasılığı test etmeye çalışacak.

Bildiğiniz gibi nötron parçacığı proton ve elektronla beraber gördüğümüz evrenin ya da bir başka ifade ile bildiğimiz sıradan maddenin büyük bir çoğunluğunu oluşturuyor. Eğer nötron parçacığı olmasaydı, bütün görünen evreni ve bizleri oluşturan karmaşık atom çekirdeği dengede kalamazdı ve bilinen madde hiç var olamazdı.

Nötron, proton ve elektronla beraber bizi ve bilinen tüm maddeyi var kılan atomların temel taşlarını oluşturuyor.

Nötron parçacığının yaşamı de atom çekirdeğinin içinde kalabilmesine bağlı. Bir kez atom çekirdeğinden ayrıldığında bir nötron ortalama 15 dakika içerisinde bozularak ya bir protona, ya bir elektrona ya da bir nötrino parçacığına dönüşüyor. Nötron parçacığının varlığını neredeyse 80 yıl önce keşfettik ama bugüne kadar atom çekirdeğinin dışında ne kadar süre boyunca hayatta kaldığı konusunda kesin bir ölçüm yapılamamıştı.

Nötronun yaşam süresini ölçebilmek için iki farklı yöntem kullanılıyor. İlkinde bilim insanları nötronları aşırı soğuk bir şişenin içine koyarak belirli bir süre sonunda geriye ne kadar kaldığını sayarak anlamaya çalışıyorlar. İkinci yöntemde ise bilim insanları nötronlardan oluşan bir ışını inceleyerek belirli bir süre ve alanda kaçının protonlara bozulduğunu saymaya çalışıyorlar.

Nötronun karanlık madde denilen henüz ne olduğu bilinmeyen parçacığa bozulduğuna ilişkin olasılık da bu deneyler sırasında ortaya çıktı. Nötron ışını deneyi yapan bilim insanları bir nötronun atom çekirdeği dışındaki yaşam süresinin ortalama 888 saniye olarak ölçtüler. Garip olan şey aşırı soğuk bir şişe içine hapsedilen nötronlarla yapılan deney nötronların ortalama yaşam süresini 9 saniye daha kısa yani 879 saniye olarak ölçmüş olması. Kaliforniya Üniversitesi San Diego Fizik Bölümü yöneticilerinden ve araştırmanın baş yazarlarından olan Benjamin Grinstein’a göre “Bir nötronun yaşam süresini iki farklı yöntemle ölçüyorsanız ve bu iki yöntem farklı sonuçlar veriyorsa bu bir krizle sonuçlanır. Zira bu fiziğin temel kanunlarına ilişkin anlayışımızın yanlış olup olmadığını sormamıza sebep olur”.

Her iki deneysel yöntem üzerinde süren onlarca yıllık ince ayar ve düzeltmeler yapıldı. Gelinen aşamayı “an itibariyle iki yöntem arasında ortaya çıkan farkın kötü deneysel şartlardan kaynaklandığını gösterecek bir sebep bulamadık” diyerek açıklayan Grinstein herkesi heyecanlandıran olasılığı dile getiriyor:

“Geriye bir tek ihtimal kalıyor ve bu ihtimal fiziğin temel kanunlarını köklü bir şekilde değiştirmemizi gerçek bir ihtimal haline getiriyor."

Yıllar süren çalışmalardan sonra araştırmacılar gelinen noktada nötronların her yüz kereden 99’unda hepimizin bildiği proton, elektron veya nötrino gibi parçacıklara bozulurken, her yüz kereden birisinde karanlık madde parçacığına dönüştüğünü öne sürüyorlar. Ve bu olasılık bilimin en büyük gizemlerinden birisininin ortaya çıkarılmasına yardım edebilir.

Karanlık maddenin varlığı her ne kadar ikincil etkileri sebebiyle giderek güçlenen bir teori olsa da varlığını doğrudan ispatlayacak her hangi bir bulguya bugüne kadar rastlanamamıştı. Karanlık maddenin olası varlığı bazı kozmik bulmacaları açıklamaya yardım ediyor. Örneğin galaksilerin bugün gözlemlediğimiz hızlarda dönerken parçalanıp, dağılmıyor olmalarını açıklarken karanlık maddenin olası varlığından yararlanılıyor. Bilim insanları karanlık maddenin ne olduğunu açıklama çabaları sırasında bilinen sıradan maddelerden hiç birisinin karanlık maddeye kaynak oluşturamayacağını anlamışlardı. Mevcut durumda fizik dünyası karanlık maddeyi oluşturan maddenin bugüne kadar gözlemleyemediğimiz ve sıradan madde ile çok çok zayıf bir şekilde etkileşeme geçen yepyeni bir parçacık türünden oluştuğu yönünde ortak bir kanaate sahip.

Işın deneyleri nötronların proton parçacılarına bozulmasını incelemeye odaklı olduğundan, karanlık madde parçacıklarına bozulmasını ilişkin bir sonuç ve açıklama getiremiyor. Nötronun yaşam süresi konusunda şişe deneylerinden farklı bir sonuç vermelerinin sebebi de bu olasılığı içermiyor oluşları.

“Eski ve iyi dostumuz nötron parçacığı evrenin karanlık madde kısmını aydınlatmak için ihtiyaç duyduğumuz anahtar olarak ortaya çıksa bu harika olurdu” diyor Kaliforniya Üniversitesi San Diego teorik fizikçilerinden ve araştırmanın baş yazarlarından Bartosz Fornal. Grinstein ve Fornal çalışmalarının detaylarını Physical Review Letters dergisinde 9 Mayıs tarihinde paylaştılar.

Fizikçiler nötronların “karanlık bozuluşlarına” ilişkin olası farklı senaryoları incelediler. Bu senaryolarda nötron parçacıkları hem karanlık madde parçacıklarına, hem de gamma ışınları ve elektronlar gibi bilinen sıradan bileşenlere bozulabiliyor. “Önerdiğimiz yeni parçacıklar karanlık birer parçacık, zira tıpkı karanlık madde gibi normal madde ile çok zayıf bir etkileşim sergiliyorlar” diyor Grinstein.

Fornal ve Grinsetin’ın çalışması olası sonuçları hakkında şimdiden bir düzine kadar yeni çalışmayı tetikledi. Örneğin New Mexico’daki Los Alamos Ulusal Laboratuvarı nükleer fizikçilerinden Christopher Morris ve arkadaşları bir şişe içinde aşırı soğutulmuş nötronların gamma ışınları üretip üretmediğini incelediler. Ancak cihazlarının ölçüm aralığından hiç bir şey saptayamadılar.

Nötronların karanlık madde parçacığına bozulduğu fikrinin test edilmesinde odaklanılan bir başka konu nötron yıldızları. Nötron yıldızları dev yıldızların öldüklerinde geriye kalan ve süperyoğun nötronlardan oluşan çekirdekleridir.

Urbana-Champaign ‘deki Illinois Üniversitesi teorik parçacık fizikçisi Jessi Shelton ve arkadaşları nötron yıldızlarının bir kara deliğe dönüşmediğini zira yerçekimi alanlarının nötronları bile ezecek kadar güçlü olmadığını hatırlatıyorlar. Ancak, eğer nötronlar karanlık madde parçacıklarına bozulabiliyorsa, yeterli kütleye sahip yıldızların kendi yerçekimi altında çökebileceği anlamına geleceğini söylüyorlar. Bu daha önce düşünülenden çok daha hafif yıldızların örneğin bizim güneşiminin kütlesinin sadece % 70’i büyüklüğündeki nötron yıldızlarının çökerek bir kara delik oluşturabileceği anlamına geliyor.

Bununla birlikte Shelton eğer nötronlar karanlık maddeye bozulabiliyorsa, sadece bir değil en az iki farklı karanlık madde parçacığını üretebileceklerine dikkat çekiyor. Bu parçacıklar arasındaki etkileşim nötron yıldızlarının birer kara deliğe dönüşmesine engel olabilecek bir denge durumu yaratma ihtimali var. “Nötron yıldızlarından gördüklerimiz nötronların ya hiç bir şekilde karanlık madde parçacığına bozulmadıklarını, ya da en az iki farklı türdeki karanlık madde parçacığına bozulduğuna işaret ediyor” diyen Shelton ekliyor “Kim bilir? Belki de evrenimizin karanlık kısmı bizim zannettiğimizden çok daha zengindir”.

Bütün bu heyecana rağmen gelecekte yapılacak deneyler nötronun yaşam süresinin karanlık madde ile hiç bir ilgisi olmadığını da ispatlayabilir diyor Fornal ve Grinstein. Upton, New York’daki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı teorik fizikçilerinden William Marciano nötronun özelliklerini incelemeyi amaçlayan çok yüksek hassasiyete sahip, Fransa Grenoble’daki Laue-Langevin Enstitüsünde yürütülen Perkeo III gibi deneyler nötronun olası egzotik karanlık bozulmaları konusunda bir karar vermemize yardım edebileceğini söylüyor. Marciano ve arkaları 16 Mayıs’ta Physical Review Letters’da bu olasılıkları inceleyen bir çalışma yayınladılar.

Polonya Varşova Üniversitesi nükleer fizikçilerinden Marek Pfutzner, Cenova’daki ISOLDE radyoaktif nükleer ışıma tesisinde bu yaz gerçekleştirilecek berilyum-11’in bozulum sırasında salınan protonların gözlemlenmeye çalışılacağı bir deney gerçekleştirileceğini söylüyor. Pfutzner’e göre bu aynı zamanda atom çekirdeğindeki nötronun bozulum hakkında bazı ipuçları sağlayabilir.

“Eğer deney sonucunda yeterince nötron salındığını görürsek, bu nötronun karanlık maddeye bozulumu konusundaki olasılıkları oldukça düşürür. Ama eğer yeteri sayıda nötron üretildiğini göremezsek işte o zaman heyecan daha da büyüyecektir” diye de eklemeyi ihmal etmiyor.

Tasarım : Charles Q. Choi

Tercüme: Melih R. Çalıkoğlu

Kaynak : livescience.com

İlk Yayın Tarihi: 19 Mayıs 2018

#uzay #astronomi #çığıraçıcı #fizik #atomlar #nükleer

32 görüntüleme
Güncel Makaleler: