Rekor Kıran Karanlık Madde Dedektörü Boş Çıktı—İşte Bu Harika Haber!

Zayıf etkileşimli dev parçacıklar (WIMP’ler), evrenimizin %85’ini oluşturduğu düşünülen ve “kayıp” kütle olarak adlandırılan karanlık maddenin en ciddi adaylarından biri. Karanlık madde, bilim insanlarının sabrını ve yaratıcılığını test eden bir konu. Ancak, Güney Dakota merkezli detektör LUX-ZEPLIN’den (LZ) yeni gelen sonuçlar, bilim insanlarını WIMP’leri yakalamaya bir adım daha yaklaştırmış olabilir.

Yakın zamanda Physical Review Letters dergisinde yayımlanan bir makalede, bilim insanları LUX-ZEPLIN’den alınan 280 günlük veriyi analiz etti ve WIMP’lerin etkileşim gücüne dair şimdiye kadar ulaşılmış en sıkı üst sınırı bildirildi. Sonuç, yaklaşık beş kat iyileştirme ile, fizikçilerin karanlık maddenin var olduğunu düşündüren ancak hiçbir algılama yöntemiyle tespit edilemeyen yapısını zorlukla aşmada ilerleme kaydettiğini göstermektedir.

Karanlık maddenin var olduğunu düşündüren bol miktarda kanıt var ve bunlara görünmeyen bir maddenin gördüğümüz nesnelere kütle çekimi uyguladığına dair astrofiziksel gözlemler de dahil. Bu yüzden, fizikçiler genellikle ağır elementlerin, örneğin sıvı haldeki ksenon gibi görülebilir malzemeler kullanarak bu parçacıkları yakalamaya çalışır. Bu strateji, ağır elementlerle parçacıkların etkileşmesini beklemek, yerçekimi ile çok küçük ölçeklerde etkileşen ve yalnızca en hassas detektörlerde yakalanabilecek WIMP’leri tespit etmek için sıkça başvurulan bir yöntemdir.

LUX-ZEPLIN deneyi, Güney Dakota’da yer altındaki eski bir altın madeninde gerçekleştirilmekte ve yaklaşık 7 ton sıvı ksenon kullanılmaktadır. Bu elementin yüksek atomik kütlesi ve yoğunluğu, bilim insanlarının detektörden geçen bilinmeyen parçacıkları tespit etmelerini kolaylaştırabilir. Aynı zamanda, sıvı ksenon şeffaf olduğu için genellikle detektörü çevreleyen radyoaktif maddeden gelen gürültüyü deneylerden uzak tutar.

“Karanlık madde arayışını gömülü bir hazine bulmaya benzetirsiniz, geçmişte kimsenin kazmadığı kadar derinleştik” dedi Scott Kravitz, Texas Üniversitesi’nde fizikçi ve LZ’nin yardımcı koordinatörü, bir basın bülteninde. “Bu, milyonlarca kürekle yapılmaz; yeni bir araç icat ederek yaparsınız.”

“Bu sonuçlar, LZ’nin 10 GeV’den daha ağır karanlık madde için dünyanın en hassas aramasını gerçekleştirdiğini kanıtlıyor, yani bir protondan yaklaşık 10 kat daha ağır,” dedi Scott Haselschwardt, Michigan Üniversitesi’nde fizikçi ve LZ fizik koordinatörü, Gizmodo’ya gönderdiği bir e-postada. “Sonucumuzu perspektife koymak gerekirse: dört binyılda bir kilo ksenonun içinde sadece bir kez etkileşen karanlık maddeyi eledik!”

Son deney, LZ ekibinin sahte WIMP sinyallerinin önceden eklendiği “salting” adı verilen bir tekniği ilk kez uyguladığını da temsil ediyor. Bu durum, karanlık maddeyi bulmak isteyen araştırmacıların, umut verici sinyallere karşı tarafsız kalmalarına yardımcı oldu. 

“Veride desen görmek insanın doğasında var, bu yüzden bu yeni rejime girerken herhangi bir yanlılık olmaması çok önemli” dedi Haselschwardt aynı bülten içinde. “Eğer bir keşif yapacaksanız, doğru yapmanız gerekir.”

LZ deneyinin bir sonraki adımları, WIMP’ler için üst sınıra baskı yapmaya devam etmek ve detektörün ileri teknolojisini, diğer ilginç ve nadir fiziksel süreçleri incelemek için kullanmaktır, dedi Amy Cottle, University College London’da LZ ile birlikte çalışan bir fizikçi, yaptığı açıklamada.

Haselschwardt, Gizmodo’ya yazdığı mesajda “LZ, bugüne kadarki en hassas WIMP karanlık madde aramasını gerçekleştiriyor, ancak hala toplamak için iki yılımız daha var. Bu, LZ’de karanlık madde keşfinin her an yapılabileceği anlamına geliyor. Daha önce kimsenin aramadığı yerlerde karanlık maddeyi araştırıyoruz ve bu oldukça heyecan verici!” dedi.

Editör notu (07/08/2025): Bu hikaye, yayınlandıktan sonra Scott Haselschwardt’ın Gizmodo’ya yaptığı yorumları ve LUX-ZEPLIN’in sonuçlarının daha iyi anlaşılması için düzenlendi.