Fizikçilerden Daha Ucuz Çözüm: Parçacık Çarpıştırıcıları Yerine Süper Kütleli Kara Delikler

Johns Hopkins Üniversitesi’nden yeni bir araştırma, galaksilerin merkezinde bulunan süper kütleli kara deliklerin, bilim insanlarının burada Dünya’da yeniden yaratmaya çalıştığı yüksek enerjili parçacık çarpışmalarını hali hazırda üretiyor olabileceğini öne sürüyor.

Bugün, Physical Review Letters‘te yayımlanan araştırma, belirli dönen kara deliklerin doğal parçacık hızlandırıcıları olarak işlev görebileceğini öne sürüyor; bu kara delikler, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) ile yarışabilir veya hatta onun kapasitesini aşabilir. Bu, temel fizik araştırmalarına fonların gittikçe azaldığı Amerika Birleşik Devletleri’nde büyük bir gelişme. Üstelik yeni nesil çarpıştırıcılar için yapılan planlar çok ileri bir tarihi öngörüyor.

Oxford Üniversitesi’nden teorik fizikçi ve araştırmanın ortak yazarı Andrew Mummery, yanıtları on yıldır teorize edilen bu konuyla ilgili doğal olaylara bakarak araştırmaya çalıştı. Kara deliklerin parçacık çarpıştırıcı benzeri davranışlar sergilemesini hangi durumların ortaya çıkarabileceğini anlamak, karanlık madde ve diğer gizemli parçacıklarla ilgili yeni bir araştırma alanı açabilir.

“Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi parçacık çarpıştırıcılarının büyük umutlarından biri, karanlık madde parçacıklarını üretmek ama henüz bir kanıt görmedik,” açıkladı araştırmanın ortak yazarı, astrofizikçi Joseph Silk, Johns Hopkins Üniversitesi, Oxford Üniversitesi ve Paris Astrofizik Enstitüsü’nde. “O yüzden, çok daha güçlü bir versiyonunu, yeni nesil bir süper çarpıştırıcı inşa etme tartışmaları var,” dedi Silk. “Ancak 30 milyar dolar harcayıp 40 yıl beklerken, doğa süper kütleli kara deliklerle geleceğe dair bir bakış sunabilir.”

LHC’de, protonlar neredeyse ışık hızıyla çarpıştırılıyor, gerçeğin yapı taşlarını açığa çıkarmak ve karanlık maddeyi görmek umuduyla—evrenin kütlesinin yaklaşık %85’ini oluşturan gizemli madde. Ancak öyle görünüyor ki kara delikler, bu kaçamak parçacıkları kendi kendilerine üretiyor olabilirler.

Bazı süper kütleli kara delikler o kadar hızlı döner ki plazma jetlerini olağanüstü hızlarda fırlatabilir. Mummery ve Silk, dönen bu kara deliklerin kenarında neler olduğunu modelledi; burada şiddetli gaz akıntıları, parçacıkları insan yapımı bir çarpıştırıcının yaptığı gibi kaotik çarpışmalara sürükleyebilir.

“Bu çarpışmalardan bazı parçacıklar deliklerime iner ve sonsuza kadar kaybolur,” dedi Silk, “Ancak enerjileri ve momenta nedeniyle bazıları da çıkış yapar ve bunlar olağanüstü yüksek enerjilere hızlandırılır.”

Bu ultra-enerjik parçacıklar, teoride, Antarktika’daki IceCube ya da Akdeniz’in altındaki KM3NeT teleskopları gibi Dünya tabanlı gözlemevleri tarafından tespit edilebilir. Her iki observatuar da halihazırda nötrinolar adı verilen hayaletimsi parçacıkları tespit ediyor. Bu yılın başlarında, KM3NeT araştırmacıları şimdiye kadarki en enerjik nötrinoyu tespit ettiklerini duyurdu, bu parçacıkların davranışını anlamaya yönelik potansiyel bir adım.

Bu yüksek enerjili parçacıkların süper kütleli kara deliklerin kenarlarında nasıl oluşabileceği konusunda daha derin bir anlayışla, Mummery şimdi bu parçacıkların doğasını araştırmayı hedefliyor. Bu kozmik boşluklardan tam olarak neyin çıktığını anlamak, geleneksel çarpıştırıcılara daha uygun maliyetli, doğal bir alternatif sunabilir. Bu yaklaşım karanlık maddenin doğasını anlamak için yeni bir yol açabilir.