Son on yıllarda, dünya çapında birçok araştırma ekibi, çeşitli son derece hassas dedektörler kullanarak ışığı yaymayan, yansıtmayan veya emmeyen zor bir madde olan karanlık maddeyi tespit etmeye çalışıyor. Nihayetinde, bu dedektörler, karanlık maddenin varlığını veya düzenli madde ile zayıf etkileşimlerini gösterecek çok küçük sinyalleri alabilmelidir.
Qrocodile (Kudüs İbrani Üniversitesi ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) tarafından yapılan araştırmacılar tarafından yapılan bir araştırma çabası olan Qrocodile (kuantum çözünürlük optimize edilmiş kriyojenik gözlemevi düşük enerji olayı) deneyimi, son zamanlarda karanlık madde aramaları yapmak için umut verici bir yaklaşım getirmiştir. Son zamanlarda yayınlanan bir makalede Fiziksel İnceleme Mektuplarıbu yöntemin potansiyelini ve dayandığı dedektörün yüksek hassasiyetini gösterdiler.
Laura Baudis ve Andreas Schilling, qrocodile işbirliğinin bir parçası olan Laura Baudis ve Andreas Schilling, “Qrocodile deneyi fikri, meslektaşımız ve süper iletken nanoteller konusundaki uzmanlığımız Ilya Charaev, MIT’den Zürih’e taşındığında, Andreas Schilling grubuna katıldı.”
“Ilya, teori meslektaşlarımız Yonit Hochberg ve Ben Lehmann ile, hafif karanlık maddeyi tespit etmek için süper iletken sensörleri kullanma ve bölümümüzde yoğunlaştırılmış madde fizikçileriyle birlikte, süper-iletken tek-dedektörlere dayanan yeni bir deney tasarlamaya başladık.”
Qrocodile deneyinin birincil amacı, hem hedef materyal (yani karanlık maddenin çarpışacağı malzeme) hem de çarpışmalardan çıkan enerji almak için bir sensör olarak hareket eden süper iletken nanotellerden yapılmış bir dedektör olan gelişmiş bir SNSPD geliştirmekti. Eşzamanlı olarak, Baudis, Schilling ve meslektaşları, kozmik ışınlardan, doğal radyoaktiviteden veya diğer etkilerden kaynaklanabilecek günde kabaca bir sayı olan dedektörleriyle gözlemleyebilecekleri olay oranının kökenini incelemek istediler.
Baudis ve Schilling, “Qrocodile, normalde kuantum optiklerde kullanılan SNSPD’leri, son derece hassas karanlık madde sensörleri olarak kullanıyor.” “Cihazlarımız, mutlak sıfırın sadece 0.1 derece üzerinde soğutulmuş ince tungsten silisit (WSI) mikrodalgalarından yapılmıştır. Bu süper iletken durumda, elektronlar Cooper çiftleri olarak adlandırılan çiftler oluşturur.”
Karanlık bir madde parçacığından kaynaklanacak gibi az miktarda enerji bile, nanotellerdeki Cooper çiftlerini kırarsa, küçük bir dirençli ‘sıcak nokta’ yaratılır. Bu rahatsızlık, ölçülebilir bir elektrik darbesi üretir.
Baudis ve Schilling, “Bu yaklaşımı güçlü kılan şey, bir Cooper çiftini kırmanın, geleneksel dedektörlerde kullanılan iyonizasyon veya sintilasyon süreçlerinden binlerce kat daha az enerji gerektirmesidir.” Dedi. “Sonuç olarak, sensörlerimiz 0.1 eV gibi düşük enerji yataklarını tespit edebilir, bu da kütleleri olan karanlık madde parçacıklarını onlarca kev’e kadar araştırmamıza izin verir, diğer doğrudan algılama deneylerinin şu anda erişebileceğinden çok daha hafiftir.”
Qrocodile dedektörü hala prensip kanıtı aşamasındadır ve henüz uzun süreler boyunca yayılan karanlık madde aramaları yapmak için henüz kullanılmamıştır. Bununla birlikte, SNSPD karanlık bir madde dedektörü (0.11 eV) için çok düşük bir enerji eşiğine ulaştığından ve 30 keV kütlesine kadar karanlık madde elektron saçılımı üzerinde yeni öncü kısıtlamalar ayarladığından, ekibin ilk test çalışmasının sonuçları oldukça umut vericiydi.
Baudis ve Schilling, “Aynı cihazın, malzemedeki fonon bağlantısı sayesinde hem elektronlar hem de çekirdeklerle etkileşimlere duyarlı olduğunu gösterdik.” Dedi. “Belki de en heyecan verici olan sensör geometrimizin doğal olarak yön hassasiyeti sağlamasıdır: dedektör, parçacığın gelen yönüne bağlı olarak farklı tepki verir.
“Bu güçlü bir özelliktir, çünkü gerçek bir karanlık madde sinyali Dünya’nın hareketiyle Samanyolu üzerinden hizalanmalıdır, ancak radyoaktivite gibi arka planlar olmaz. Bu enerji ölçeklerinde yönlü hassasiyet oluşturmanın, karanlık maddenin gelecekteki açık bir tespiti için benzersiz ve umut verici bir adım olduğuna inanıyoruz.”
Gelecekte, qrocodile deneyi ve dayandığı yeni dedektör, karanlık madde ile ilişkili sinyalleri gözlemlemeye ve altta yatan doğasını ortaya çıkarmaya yönelik sürekli çabalara katkıda bulunabilir. Araştırmacılar şimdi dayandığı hedefin etkili kütlesini artırarak, enerji eşiğini daha da düşürerek ve bu düşük enerjilerdeki arka plan sinyallerini karakterize ederek dedektörlerini geliştirmeye çalışıyorlar.
Baudis ve Schilling, “Bunu başarmak için, daha büyük alan sensörleri oluşturmayı ve malzeme bileşimini optimal performans için ayarlamayı planlıyoruz, örneğin 55-FE içsel bir kaynakla özel düşük enerjili kalibrasyonlar gerçekleştiriyor.”
Diyerek şöyle devam etti: “Büyük bir adım, kozmik ışınlardan korumanın arka planları azaltması beklenen İtalya’daki Gran Sasso laboratuvarına taşınmak olacak. Orada düşük sırtlı kriyostat işleten yerel bir grupla ortaklık kurduk ve ilk yeraltı fizik çalışmamız için hazırlıklar devam ediyor.”
Baudis, Schilling ve meslektaşları üzerinde çalıştıkları iyileştirmelerin Qrocodile deneyinin erişimini daha da genişleteceğini umuyor. Bu da henüz araştırılmamış hafif karanlık madde parametre alanının bölgelerini araştırmalarına izin verebilir.
Yazarımız Ingrid Fadelli tarafından yazılmış, Gaby Clark tarafından düzenlenen ve gerçeği kontrol edildi ve Robert Egan tarafından incelendi-bu makale dikkatli insan çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse, lütfen bir bağış (özellikle aylık) düşünün. Alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesap.
