Evrenin kütlesinin yaklaşık% 80’inin karanlık maddeden oluştuğu düşünülmektedir. Yine de, karanlık maddeyi oluşturan parçacıkların bileşimi ve yapısı hakkında çok az şey bilinmektedir ve fizikçilere bazı temel sorular sunmaktadır. Bu zor konuyu keşfetmek için, araştırmacılar, karanlık madde parçacıkları tanıdığımız görünür maddeyle çarpıştığında üretilen fotonları veya ışık parçacıklarını yakalamaya çalışıyorlar.
Bugüne kadar yapılan deneylerin çoğu, bilinen temel parçacıklarınkilerle az çok örtüşen kitlelere sahip karanlık madde parçacıklarına odaklanmıştır. Bununla birlikte, parçacıklar bir elektrondan daha hafifse, mevcut standart, yani sıvı ksenona dayalı dedektörlerle tespit edilebilmeleri olası değildir. Şimdiye kadar, karanlık maddeyi doğrudan tespit etmeyi başaramadı. Yine de bu kendi başına önemli bir bulgudur, çünkü karanlık madde parçacıklarının kütle aralığı ve test edilen etkileşim gücü içinde bulunmadığını gösterir.
Düşük enerji olaylarına duyarlı yeni cihaz
UZH Fizik Bölümü’nden Laura Baudis, Titus Neupert, Björn Penning ve Andreas Schilling liderliğindeki uluslararası bir ekip, bir mega elektron volt (MEV) altında geniş bir kütle aralığında karanlık madde parçacıklarının varlığını araştırabildi. Geliştirilmiş bir süper iletken nanotel tek foton dedektörü (SNSPD) kullanılarak, araştırmacılar, üstte karanlık madde parçacıklarının oldukça düşük olduğu bir elektron kütlesinin yaklaşık onda biri kadar duyarlılık eşiğine ulaştılar.
Bulgular dergide yayınlandı Fiziksel İnceleme Mektupları.
Birinci yazar Baudis, “Bu, yeni bir dedektör teknolojisi tarafından mümkün olan bu kadar düşük bir kütle aralığında ilk kez karanlık madde parçacıklarını arayabildik” diyor.
2022 kavram kanıtında, araştırmacılar düşük enerjili fotonlara karşı oldukça hassas olan ilk SNSPD cihazını test etmişlerdi. Bir foton nanotu vurduğunda, hafifçe ısıtır ve anında süperiletkenliğini kaybetmesine neden olur. Tel kısaca düzenli bir iletken haline gelir ve sonuçta elektrik direncinde artış ölçülebilir.
En küçük karanlık madde parçacıklarını tespit etmek
En son deneyleri için UZH bilim adamları SNSPD’lerini karanlık madde tespiti için optimize ettiler. Özellikle, kesitini en üst düzeye çıkarmak için nanoteller yerine süper iletken mikrodalgalarla donatıldılar. Ayrıca, yön değişikliklerine karşı son derece duyarlı hale getiren ince, düzlemsel bir geometri verdiler. Bilim adamları, dünyanın karanlık madde parçacıklarının bir “rüzgarından” geçtiğini ve parçacığın yönünün nispi hıza bağlı olarak yıl boyunca değiştiğini varsayarlar. Yönlü değişiklikleri toplayabilen bir cihaz, karanlık olmayan olayları filtrelemeye yardımcı olabilir.
Titus Neupert, “SNSPD’deki daha fazla teknolojik iyileştirme, daha küçük kütlelere sahip karanlık madde parçacıklarından gelen sinyalleri tespit etmemizi sağlayabilir. Ayrıca, diğer radyasyon kaynaklarından daha iyi korunacağı sistemi yeraltı dağıtmak istiyoruz” diyor. Kütle elektron aralığının altında, karanlık maddeyi tanımlayan mevcut modeller, önemli astrofizik ve kozmolojik kısıtlamalarla karşı karşıya.
