Karanlık maddeyi doğrudan göremiyoruz, dolayısıyla onu incelemek bilim insanları olarak yaratıcılığımızın sınırlarını zorluyor. Ne kadar heyecan verici diyor Chanda Prescod-Weinstein
“2020’li yılların ikinci yarısına girerken, karanlık madde araştırmaları için inanılmaz heyecan verici bir dönem…”
Şimdi karanlık madde araştırmacısı olmanın gerçeküstü bir zamanı. Dünyanın her yerindeki hükümetler araştırma fonlarını keserken bile, karanlık madde tüm fizikteki, açıkçası tüm bilimdeki en büyük ve en heyecan verici açık sorunlardan biri olmaya devam ediyor. Evrendeki maddenin çoğu görünmez gibi görünüyor: Görünür maddenin her kilogramına karşılık, görünüşe göre 5 kilogram karanlık madde var. Bunu biliyoruz çünkü karanlık maddenin evrenin görünür unsurlarının yapısı üzerindeki etkisini gördük.
Gökada kümeleri en iyi şekilde karanlık maddenin bir bileşen olduğu varsayıldığında açıklanır. Evrendeki en erken serbest uçan ışığın dağılımına ilişkin gözlemler, yalnızca karanlık maddenin modelin bir parçası olması durumunda teorik tahminlerimizle örtüşmektedir. Bir dizi başka gözlem de aynı şeyi doğruluyor: Görünür maddeyi nasıl şekillendirdiğine bakmadığımız sürece göremediğimiz çok sayıda karanlık madde var.
2020’li yılların ikinci yarısına girerken, karanlık madde araştırmaları için inanılmaz derecede heyecan verici bir dönem. Avrupa Uzay Ajansı’nın Öklid uzay teleskobunun çalışması galaksi yapısının daha iyi anlaşılmasına yol açacak. Vera C. Rubin Gözlemevi de 10 yıllık gökyüzü araştırmasına yeni başlıyor ve daha büyük yoldaşların yörüngesinde yaşayan uydu galaksilere ilişkin bilgimizi neredeyse kesinlikle değiştirecek. Bu dinamikler, karanlık maddenin görünür maddeyi nasıl yönettiğini daha ayrıntılı olarak haritalamamıza yardımcı olacak.
Orada olduğunu bildiğimiz ancak doğrudan göremediğimiz bir şeyi incelemek, bilim insanları olarak yaratıcılığımızın sınırlarını zorlamak demektir. Sormamız ve yaratıcı bir şekilde cevaplamaya çalışmamız gereken sorular arasında şunlar yer alıyor: Onu nasıl arayacağız? Laboratuvarda karanlık madde parçacığını yakalayabilir miyiz? Eğer yapamıyorsak özelliklerini nasıl inceleyeceğiz?
Tek çıkış yolu geçmektir. Bildiklerimizle başlamalı ve bilgimizi oradan büyütmeye çalışmalıyız. Karanlık maddenin maddeye benzer olduğundan oldukça eminiz, bu da onu incelemek için kuantum alan teorisi (QFT) gibi sıradan parçacıkları incelemek için kullandığımız matematiksel araçların aynısını kullanabileceğimizi öne sürüyor.
“
Artık karanlık maddenin yalnızca bir hedefi vurmakla kalmayıp, elektron saçtığını gösteren kanıtları da giderek daha fazla arıyoruz.
“
QFT kulağa karmaşık geliyor – ve öyle de – ancak uzman olmayan biri yine de bunun hakkında fikir sahibi olabilir. Özel görelilik ile kuantum mekaniğini birleştirdiğinden (ancak genel göreliliği değil) belki de en temel fizik teorimizdir. Bunun arkasındaki fikir, evrenin her yerinde, o parçacık tipiyle ilişkili bir alanın varlığı nedeniyle, her noktada bir parçacığın yaratılma potansiyelinin mevcut olduğudur.
Çilek tarlalarını düşünün. Çilekler yalnızca bazı yerlerde kendini gösterir, diğerlerinde göstermez. Bunun nedeni, uzay-zamandaki bu noktaların spesifik özelliklerinden kaynaklanmaktadır; bunlar, bir çilek çiçeğinin açması için doğru koşulların mevcut olduğu yerlerdir. Çilek potansiyeli çilek tarlasının her yerinde mevcuttur, ancak yalnızca bazı yerlerde gerçekten ortaya çıkacaklar. Genel olarak benzer bir şekilde, QFT bize parçacıkların ortaya çıktığını bu şekilde anlatıyor.
QFT, uzmanların bile gerçekten fikir edinmek için uzun yıllar harcadığı zorlu bir konudur. Ve hakkında akıllı tahminler yapmak için QFT’yi karanlık maddeye uygulamanın mantıklı olduğunu düşünsek bile, özellikleri çoğunlukla elimizden kaçan bir şeyi tanımlamak için denklemleri nasıl yazabileceğimiz sorusu ortaya çıkıyor.
Sosyolojik açıdan bakıldığında, bilim adamlarının bu soruya sayısız şekilde yanıt verdiğini görmek oldukça eğlenceli. Geçtiğimiz on yıl boyunca, bilmediğimiz şeyleri karakterize etmeye yönelik popüler yaklaşımlardan biri, bir “etkili alan teorisi” (EFT) geliştirmektir. EFT’ler, gözlemlere bağlı olarak ayarlanabilen özelliklere sahip genelleştirilmiş bir dizi denklemi yazmanın güzel bir yoludur.
EFT’ler ayrıca belirli bir deneysel çerçeve göz önünde bulundurularak da geliştirilebilir. Örneğin, karanlık maddeyi anlamaya çalıştığımız önemli yollardan biri doğrudan tespit deneyleridir. Bunlarla, karanlık madde ile görünür madde arasındaki bir tür etkileşimin, karasal bir deneyde gözlemlenebilir bir etki yaratacağını umuyoruz. Yıllar geçtikçe doğrudan tespit yaklaşımları olgunlaştı ve çoğaldı. Sadece karanlık maddenin bir hedefi vurduğuna dair kanıt aramak yerine, artık giderek daha fazla karanlık maddenin elektronları saçtığına dair işaretler arıyoruz. Bu deneysel değişim, EFT’lerin de onunla birlikte gelişmesi gerektiği anlamına geliyor.
Bu ay yayınlanan bir ön baskı makalesinde araştırmacılar Pierce Giffin, Benjamin Lillard, Pankaj Munbodh ve Tien-Tien Yu, bu saçılma etkileşimlerini daha iyi açıklayabilecek bir EFT öneriyorlar. Makale henüz hakem değerlendirmesinden geçmemiş olsa da dikkatimi çekti çünkü hiçbir zaman ön sayfa haberi olamayacak harika bir çalışma örneği ama yine de araştırmayı ileriye taşıyan türden bir şey. Bilim sabır gerektirir ve umarım liderlerimiz bunu hatırlar.
Chanda Prescod-Weinstein New Hampshire Üniversitesi’nde fizik ve astronomi alanında doçenttir. O, yazarıdır Düzensiz Kozmos ve çıkacak kitap Uzay-Zamanın Sınırı: Parçacıklar, şiir ve kozmik rüya boogie’si
ne okuyorum
Addie E. Citchens’ın şaşırtıcı ilk romanını yeni bitirdim. Hakimiyet.
Ne izliyorum
Geçenlerde yaz bölümlerini yakaladım. Emmerdale ve KUTSAL SİGARALAR!
Ne üzerinde çalışıyorum
İş arkadaşlarım ve benim karanlık madde senaryoları hakkında bazı eğlenceli yeni araştırma fikirlerimiz var.
