KARANLIK MADDE AVINDA SON DURUM

Uzun zamandır karanlık maddenin arayışları devam ediyor ve henüz onun ne olduğuna dair hiçbir ilgi ele geçmedi diyebiliriz. Hakkında onca teoriler öne sürülüyor ama ispat ya da delil hiç birisi bulunamıyor. Etkisini görüyoruz, hissediyoruz ama kendisi hiç yokmuş gibi.

Gravitasyon teorisi ile birçok şey açıklanabilmişti. Gezegenlerin yıldızın etrafında dönüşü gibi birçok şey. Ama yapılan hesaplamalarda görülür evrendeki madde miktarının oluşturduğu kütleçekim etkisi büyük patlamadan sonra galaksilerin oluşması için yeterli değildi. Ve galaksilerin dönüş hızı galaksideki maddenin kütleçekimiile açıklanabilecek hızdan çok daha fazlaydı. Bu durum tüm düşünceleri alt üst etmişti. Orada bir yerlerde bizim göremediğimiz, varlığını bilemediğimiz bir şeyler vardı ve onun kütleçekimi ile galaksiler oluşabilmiş ve dönüş hızları bu kadar hızlı olabilmişti. Karanlık madde.

Karanlık madde hiçbir şekilde görülemiyor, elektromanyetik dalgalarla (ışık, radyo dalgaları, x ışınları vb.) ile etkileşime geçmiyor, bildiğimiz maddelerle de etkileşime geçmiyor. Sadece kütleçekimsel etkisini bilebiliyoruz.

 Büyük patlamadan sonraki elde edilebilen ilk resim olan mikro dalga kozmik fon ışımasından inceleme yapıldıp evrendeki toplam kütleçekimsel enerjinin miktarı hesaplandığında, evrendeki enerji toplamının sadece %4’nü bildiğimiz madde oluşturmaktadır. %22’sini karanlık madde geriye kalanı ise karanlık enerjinin oluşturduğu tahmin edilmektedir. Karanlık madde için sürülen önerilerde  WIMP’ler (en büyük aday), aksiyonlar, sıradan ve ağır nötrinolar, gezegenler ve sönmüş yıldızlardır.

Karanlık maddeyi ilk olarak 1933 yılında FritzZwicky öne sürmüştür. 40 yıl boyunca önemsenmeyen karanlık madde, 1970 yılında VeraRubin ve çalışma arkadaşları sarmal gökada eğilimlerini kanıt olarak sunarak varlığını tekrar ileri sürerek yeniden gündeme gelmiştir. Daha sonra yapılan hesaplamalar da onun var olduğu gerçeğinin görmezden gelinemeyeceğini ortaya koyulmuştur.

Eğer karanlık madde hiçbir şekilde elektromanyetik dalgalarla ve madde ile etkileşime  geçmiyorsa onu nasıl tespit edebiliriz?

Karanlık madde her ne ise parçacık biçiminde olması gerektiği düşünülüyor. Ve fiziğe göre bu parçacık çok zayıf da olsa madde ile etkileşime geçebilir. Eğer karanlık madde her yerde ise madde ile etkileşime geçme durumu söz konusudur. Bu etkileşim şu şekilde gerçekleşir. Bir atomla etkileşime geçtiğinde bir ışık çıkar ve atom itilmiş olur. Tıpkı görünmez bir elin bir şeyi itmesi gibi gerçekleşir. Bu tespitlerin yapılabilmesi içinde birkaç yerde yerin altında tesisler kurulmuştur. Yerin altında olması gerekiyor çünkü kozmik ışın parçacıklarından muhafaza edilmiş olması gerekiyor bu tespit için.

LUX, Sanford Yeraltı Araştırma Tesisinde yerin 1,6 km altında görev yapıyor kısa bir süredir. LUX, 183 cm kalınlığındaki titanyum bir tankın içine -150 dereceye kadar soğutulmuş 3 ton Ksenon elementinden oluşmaktadır. Eğer karanlık madde bu atomlardan birisi ile etkileşime geçerse itilen atom bir başka atoma çarpar ve foton ve elektron yayar. Ve bu elektronlar elektromanyetik alan tarafından çekilerek yukarıda bulunan gaz halinde ksenon ile etkileşime geçer ve daha çok ışık yayması sağlanır. Işık algılayıcıları da bunu tespit eder. LUX’un WIMP tespiti için olan detektörleri diğer üretilmiş detektörlerden 20 kat daha hassas. Aynı zamanda ileride yapılması düşünülen ama kesin olmayan LUX-ZEPLIN’ın dedektörünün LUX’dan bin kat daha hassas olacağı tahmin ediliyor.

LUX son 3 aydır çalışıyor ve diğer yerlerdeki ultra-soğuk silikon detektörlerden şu ana kadar 3 tane WIMP olduğu düşünülen etkileşim yakalanırken LUX’un ise her 80 dakikada bir bu etkileşimi yakalayacağı düşünülüyordu. Fakat bu son 3 ayda hiç bir etkileşim yakalamadı. Bilim insanları arayışın ise devam edeceğini bildirdi.

Bir diğer tespit etme şansımız ise onu oluşturmak. Eğer karanlık madde WIMP ise ve etkileşimi bu kadar az ise detektörlerimiz onun etkilerini tespit edemeyebilir. O zaman bizde onu yaratma yoluna gidebiliriz. Karanlık maddeyi yaratabilmek için yolumuz Hadron Çarpıştırıcısına yöneliyor.

Karanlık maddenin ne olduğu sorusunun cevabı süper simetri teorisinde yatıyor olabilir. Süper simetri teorisine göre standart modelde bulunan 2 parçacık ailesini birbirine bağlayan ve henüz keşfedilmemiş 3. bir parçacık ailesi olduğu söylenir. Bu parçacık ailesi ise karanlık madde olabilir. Ağır, durgun ve görünmez bir parçacık ailesi karanlık madde için uygun bir aday.

Hadron Çarpıştırıcısında ışık hızına yakın iki tane protonun 27.35 km yol kat ederek çarpıştırılır. Bu hızda protonlar çok büyük bir enerji ile doludur. Bu enerji Toyota Corolla aracının ses hızına yakın bir hızdaki hareket hızına eşdeğerde bir enerjidir. Çarpışmadan sonra bu enerji bir yere gitmelidir. Oluşan parçacık bulutunda maddeye dönüşür. Ve böyle bir enerjide ise her türlü parçacık oluşturulabilir. Fakat bu karanlık madde parçacığını bulmak imkânsız gibi olacaktır. Çünkü parçacık detektörlere yakalanmadan çarpıştırıcının içinden geçip gidecektir. Ama aradığımız şey parçacık olmayacaktır. Ortaya çıkan enerji ile çarpışmadaki enerjiyi karşılaştırarak kayıp enerji miktarını bularak karanlık maddenin kütlesi hesaplanabilir. Ve süper simetri teorisi için büyük bir kanıt elde edilmiş olur.

Fakat 2010’da yapılan çarpıştırmada süper simetri teorisini destekleyecek hiçbir kanıt bulunamadı. Birçok fizikçi de bu teoriyi yüzüstü bırakmaya başladı. Ama bazı bilim insanlarına göre bu daha başlangıç ve pes etmeye de niyetleri yok. Çünkü Hadron Çarpıştırıcısı henüz tam gücü ile çalıştırılmamıştı. Çarpıştırmada sadece yarı gücü ile çalıştırılmıştı. 2015 yılında Hardon Çarpıştırıcısı tam gücüne yakın bir enerji ile çalıştırılacak. 14 trilyon elektron voltluk bir enerji gücü olmasına rağmen güvenlik amaçlı 11 trilyon elektron voltluk enerji ile çalıştırılacak. 2010’da ise 8 trilyon elektron voltluk bir enerji ile çalıştırılmıştı. 2 yıllık bakım ve güncelleme yapıldıktan sonra gerçekleştirilecek bu çarpıştırmada istenilen kanıtların bulunabileceği düşünülüyor.

Samuel Ting adlı bilim insanı ise yerin altında karanlık maddenin etkileşimini beklemektense yerin 322 km üzerinde Uluslararası Uzay İstasyonunda karanlık maddenin arkasında bıraktığı görülebilir izleri bulmaya çalışıyor.

Peki, görünmez bir şeyin izini nasıl yakalayabiliriz ki? Aslında eğer başka parçacıklar karanlık maddeyi yaratabiliyorsa karanlık madde de bu parçacıkları yaratabilir demektir. Bu teoriye göre iki tane WIMP parçacığı çarpıştığında birbirlerini yok ederler ve arkalarında gama ışınları ve parçacıklar oluştururlar. Bu oluşan parçacıkların karakteristiği daha farklı olacağından karanlık maddenin izleri olduğu anlaşılabilecek.

Bir başka teoride ise, karanlık madde şu ana kadar tek bir parçacık olduğu düşünüldüğünü ama birden fazla değişik türlerde parçacıklardan oluşabileceğini savunur. Eğer bu teori doğru ise kendi aralarında etkileşimler oluşturabilir, atomlarını oluşturabilir hatta kendi karanlık yıldızlarını karanlık galaksilerini bile oluşturabilir. Ve bu karanlık evren bizim ışığımıza tepki vermiyor olabilir ama kendi oluşturduğu ışığa tepki verecektir. Bu kendi ışığına verdiği tepkiyi araştırmak da başka bir teorinin konusudur.

Kaynaklar ve Referanslar:

Populer Science-Inside The Hunt For Dark Matter

Universe Today-New Dark Matter Detector Draws A Blank In First Test Round

Space Daily-Dark matter experiment deep in U.S. gold mine returns first results

Wikipedia-Karanlık Madde