Fizikçiler Bilimin Açıklayamadığı Gizemli, Görünmeyen Bir Gücü Arıyor - Ve Bu Dedektörler Sonunda Bunu Ortaya Çıkarabilir

Fizikçiler Modern bilimin en büyük gizemlerinden birini çözmeyi başarabilecek kadar hassas dedektörler mi inşa ediyorlar: karanlık madde.

Evrenin görebildiğimiz kısımları var olanın yaklaşık %5'ini oluştururken geri kalan %95'i gizemli, ışık saçmayan malzeme karanlık madde denir. Her ne kadar varlığı görünür üzerindeki etkisinden anlaşılabilse de kozmos boyunca maddeBu gizemli ama üretken maddenin doğrudan tespiti anlaşılması zor kalıyor.

Texas A&M Üniversitesi'nden deneysel parçacık fiziği uzmanı Dr. Rupak Mahapatra, "Sorun şu ki, karanlık madde o kadar zayıf etkileşime giriyor ki, yılda bir, hatta on yılda bir meydana gelebilecek olayları görebilecek dedektörlere ihtiyacımız var" diyor.

Bu tür zorlukların üstesinden gelmek için Mahapatra ve meslektaşları şimdi tasarım yapıyor karanlık madde dedektörleri Evrenimizdeki sıradan maddeyle nadiren etkileşime giren parçacıkların ürettiği en zayıf sinyalleri bile tespit edebilen, bilim adamlarının bugüne kadar inşa ettiği tüm cihazlardan daha hassas olan bu yapılar.

Karanlık Kozmik Gizemler

Mahapatra, yarı iletkenleri ve kriyojenik kuantum sensörlerini içeren gelişmiş dedektörlerin tasarımında uzmanlaşmıştır; kendisi ve meslektaşları, bunların teknolojinin sınırlarını zorladığını söylüyor. karanlık madde arayışı.

Karanlık madde gibi, onun kaçamak karşılığı olan karanlık enerji de evrenimizin hızlanarak genişlemesine neden oluyor. Karanlık madde, algılayabildiğimiz her şeyi bir arada tutan görünmez bir kozmik yapıştırıcı gibi davranırken, karanlık enerji neredeyse her şeyi birbirinden ayıran, görünmeyen bir kozmik rüzgar gibi davranır.

Ancak kozmos üzerindeki derin etkilerine rağmen, bu bol miktardaki "karanlık" etkileyicilerin hiçbiri doğrudan algılanamaz çünkü ne kendilerine ait bir ışık üretirler ne de evrenimizdeki diğer ışık kaynaklarının parlaklığını yansıtırlar. Yine de kütleçekimsel etkileri inkar edilemez ve devasa kozmik ölçeklerdeki göksel özelliklerin şekillenmesinde önemli bir rol oynuyor.

Yeni Nesil Karanlık Madde Dedektörleri

Mahapatra ve meslektaşları, son derece hassas bir karanlık madde dedektörü olan TESSERACT'ın geliştirilmesinde etkili oldu. Temel olarak bu tür dedektörler, Mahapatra'ya göre uzun süredir "gürültüye gömülü" kalan sinyalleri güçlendirmeyi amaçlıyor.

TESSERACT ve Süper Kriyojenik Karanlık Madde Arama (SuperCDMS) gibi deneyler, mutlak sıfıra yaklaşacak kadar soğuk sıcaklıklarda çalışan ve varsayımsal parçacıklar ile sıradan madde arasındaki nadir etkileşimlerin potansiyel olarak tespit edilmesine olanak tanıyan son derece hassas dedektörlere dayanır.

2014 yılında Mahapatra ve meslektaşlarının SuperCDMS deneylerine katılımı, voltaj destekli kalorimetrik iyonizasyona dayalı tespit yöntemlerine odaklandı; bu, karanlık madde için birincil adayın tespitinde bir atılım sağladı: düşük kütleli, zayıf etkileşimli büyük parçacıklar veya WIMP'ler.

WIMPS ve Karanlık Madde Arayışı

Karanlık madde için en umut verici potansiyel adaylar arasında yer alan bu varsayımsal parçacıkların tespit edilmesi son derece zordur çünkü etkileşimleri zayıf nükleer kuvvet ve yerçekimi yoluyla meydana gelir. Ancak eğer varlıkları doğrulanırsa, evrenimizdeki kayıp kütlenin gizemini çözecek anahtarı ellerinde tutabilirler.

Ancak bunu yapmak, söylenenden daha kolaydır. WIMP'lerin karşılaştığı zorluklardan biri, etkilerinin o kadar incelikli olabilmesidir ki, fark edilebilir hiçbir iz bırakmadan gezegenimizin içinden geçebilirler. Bu nedenle tek bir WIMP'in gezegenimizden geçişini bile doğrulamaya yetecek kadar veri toplamak yıllar alabilir.

Mahapatra için bu tür verilerin toplanması muhtemelen birden fazla yaklaşım ve bir dizi deney gerektirecektir.

Mahapatra "Hiçbir deney bize tüm cevapları vermeyecektir" dedi. yakın zamanda söylendi"Resmin tamamını bir araya getirmek için farklı yöntemler arasında sinerjiye ihtiyacımız var" diye ekliyor.

Ancak Mahapatra ve meslektaşları bunun karşılığının, evrene ve onu bir arada tutan güçlere dair anlayışımızın temelden yeniden şekillendirilmesi anlamına gelebileceğini biliyor.

Mahapatra, "Karanlık maddeyi tespit edebilirsek fizikte yeni bir sayfa açacağız" diyor. Fizikçi, "Arama son derece hassas algılama teknolojilerine ihtiyaç duyuyor ve bugün hayal bile edemeyeceğimiz teknolojilere yol açabilir" diye ekledi.

Mahapatra ve meslektaşlarının en son çalışmaUlusal Bilim Vakfı ve ABD Enerji Bakanlığı tarafından finanse edilen, hakemli bir makalede yer aldı. Uygulamalı Fizik Mektupları.

Micah Hanks, The Debrief'in Genel Yayın Yönetmeni ve Kurucu Ortağıdır. Uzay ve astronomi odaklı bilim, savunma ve teknoloji üzerine uzun süredir muhabirlik yapan kendisine şu adresten ulaşılabilir: [email protected]. Onu X'te takip et @MicahHanksve micahhanks.com.