LUX-ZEPLIN deneyinde karanlık maddeye işaret eden 2,6 sigma sinyal

ABD Enerji Bakanlığı’na bağlı Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı tarafından yönetilen LUX-ZEPLIN (LZ) konsorsiyumu, karanlık madde araştırmalarında dikkat çeken yeni bir ölçüm açıkladı. 39 kurumdan 250 bilim insanını bir araya getiren ekip, Güney Dakota’daki Sanford Yeraltı Araştırma Tesisi’nde yerin yaklaşık 1,6 kilometre altında çalışan 10 tonluk ultra saf sıvı ksenon dedektöründe sıra dışı bir parçacık etkileşimi belirledi. Mart 2023 ile Nisan 2024arasındaki 220 günlük aktif veri toplama döneminin analizinden elde edilen sonuç, evrendeki maddenin yaklaşık yüzde 85’ini oluşturduğu düşünülen karanlık maddeye ilişkin yeni bir aday sinyal olarak değerlendiriliyor. YERALTI DEDEKTÖRÜ LZ deneyinin yerin derinliklerinde kurulmasının temel nedeni, karanlık madde arayışında ölçümleri etkileyebilecek kozmik radyasyon ve diğer arka plan kaynaklarını mümkün olduğunca azaltmak. Dedektörde kullanılan ultra saf sıvı ksenon, çok nadir gerçekleşebilecek parçacık etkileşimlerinin oluşturduğu zayıf sinyalleri yakalamak üzere tasarlandı. Çevresindeki su kalkanları ve yaklaşık 1,6 kilometrelik kaya tabakası da kozmik ışınların etkisini büyük ölçüde bastırıyor. Bu yapı sayesinde araştırmacılar, karanlık madde adaylarının sıradan maddeyle olası etkileşimlerini yüksek hassasiyetle ayırt etmeye çalışıyor. WIMP ADAYI Japonya’daki TeV Parçacık Astrofiziği konferansında sunulan ve Physical Review Letters dergisinde yayımlanması beklenen analizde, bilinen arka plan süreçleriyle açıklanması güç tekil bir etkileşim öne çıktı. Araştırmacılar, olayın karanlık madde kaynaklı olması halinde buna yol açan varsayımsal WIMP’in, yani Zayıf Etkileşimli Büyük Kütleli Parçacığın, en az 200 GeV/c² kütleye sahip olabileceğini hesaplıyor. Bu değer bir protonun kütlesinin yaklaşık 200 katına karşılık geliyor. WIMP’ler uzun süredir karanlık maddeyi açıklamak için araştırılan başlıca parçacık adayları arasında bulunuyor. 2,6 SİGMA Sinyalin istatistiksel anlamlılığı 2,6 sigma olarak hesaplandı. Parçacık fiziğinde bir bulgunun kesin keşif olarak kabul edilmesi için kullanılan 5 sigma eşiğinin altında kalan bu değer, gözlenen olayın tek başına karanlık maddenin tespit edildiğini göstermediği anlamına geliyor. Mevcut hesaplamalara göre bilinen arka plan süreçlerinin benzer bir sonuç üretme olasılığı yaklaşık yüzde 0,5 seviyesinde. Brown Üniversitesi profesörü ve LZ sözcüsü Rick Gaitskell ile Bristol Üniversitesi araştırmacısı Sam Eriksen’in de yer aldığı ekip, sinyalin istatistiksel bir dalgalanma mı yoksa yeni bir fiziksel etkileşimin işareti mi olduğunu anlamak için veri setini genişletiyor. YENİ VERİLER LZ ekibi, daha uzun süreli ölçümlerle benzer olayların tekrar edip etmediğini belirlemeyi amaçlıyor. Araştırmacılar açısından kritik nokta, aynı özelliklere sahip yeni etkileşimlerin daha büyük veri setlerinde de görülmesi ve mevcut arka plan modellerinin dışında kalmaya devam etmesi. Berkeley Lab fizikçileri, şimdiye kadar yürütülen yeraltı karanlık madde deneylerinde benzer düzeyde incelemelere dayanabilen bir sinyalin görülmediğini vurguluyor. Yeni veri paketleri, mevcut 2,6 sigma seviyesindeki sapmanın güçlenip güçlenmeyeceğini belirleyecek. SENSÖR ALTYAPISI LUX-ZEPLIN gibi deneyler, temel parçacık fiziğinin yanı sıra kriyojenik soğutma, ultra saf ksenon, yüksek hassasiyetli sensörler ve düşük gürültülü veri işleme sistemlerinin geliştirilmesini de gerektiriyor. Yerin kilometrelerce altında çalışan bu altyapının çok zayıf parçacık etkileşimlerini ayırt edebilmesi, dedektör donanımı ile gelişmiş analiz yazılımlarının birlikte kullanılmasına dayanıyor. Konsorsiyum, devam eden ölçümlerle mevcut sinyalin niteliğini belirlemeye ve karanlık madde arayışındaki istatistiksel belirsizliği azaltmaya odaklanıyor.