Karanlık madde arayışı için kuantum dedektörü hazırlanışı 

Evrende pek çok bilinmeyen şey var, bunların ne olduğunu, nasıl ortaya çıktığını hâlâ bilmiyoruz. Bunlardan biri de karanlık maddedir. Bu evrenin yüzde 80’i karanlık maddeden oluşuyor. Maalesef bunu göremiyoruz. Ancak yer çekimi etkisinden dolayı varlığından haberdar olmamıza rağmen şu ana kadar yapılan çalışmalarla tam olarak tespit edemedik.

Lancaster Üniversitesi, Oxford Üniversitesi ve Royal Holloway, Londra Üniversitesi’nden bilim adamları, en gelişmiş kuantum teknolojilerini kullanarak bugüne kadarki en hassas karanlık madde dedektörlerini geliştiriyorlar. Halka açık sergileri “Görünmez Evrenin Kuantum Görünümü”, bu yıl 2 – 7 Temmuz 2024 tarihleri ​​arasında Royal Society Yaz Bilim Sergisinde sergilenecek. İlgili çalışmalar ayrıca Journal of Low Temperature Physics Dergisi’nde de yayınlandı.

Bu çalışmanın araştırmacıları arasında Lancaster’dan Dr. Michael Thompson, Profesör Edward Laird, Dr. Dmitry Zmeev ve Dr. Samuli Autti, Oxford’dan Profesör Jocelyn Monroe ve RHUL’dan Profesör Andrew Casey. EPSRC (Mühendislik ve Fizik Bilimleri Araştırma Konseyi) Üyesi Dr. Autti şöyle diyor:

“En hassas dedektörleri oluşturmak için çok düşük sıcaklıklarda kuantum teknolojilerini kullanıyoruz. Amacımız bu bilinmeyen maddeyi doğrudan laboratuvarda gözlemlemek ve bilimdeki en büyük sorunlardan birini çözmek.”

Gezegende karanlık madde üzerinde yapılan bazı çalışma sonuçları da varlığını gösteriyor. Ancak atom parçacıkları ile kütleleri arasındaki etkileşimleri bilmiyoruz. Parçacık fiziği teorisi karanlık madde için şu olasılığı öne sürüyor: Etkileşimleri henüz gözlemleyemeyeceğimiz kadar zayıf olan yeni parçacıklar, aksiyon adı verilen çok hafif dalga benzeri parçacıklar. Ekip her birini bulmak için iki deney oluşturuyor.

Çok zayıf salınımlara sahip yeni parçacıklar maddeye çarptığında tespit ediliyor. Ancak bilimsel bir deneyde bu çarpışmaların tespit edilip edilemeyeceği maddenin kütlesine bağlıdır. Ekip, parçacıkların ve karanlık maddenin çarpışmalarını artan hassasiyetle çalışmak ve incelemek istiyor. Bu amaçla dedektör, makroskobik kuantum durumunda soğutulan ve süperakışkan kuantum yükselteçlerle donatılmış Helyum-3 süperiletken sıvısından yapılmıştır.

Eğer karanlık madde parçacıklardan oluşuyorsa, bunların çok hafif olması gerekir. Hidrojenden milyar kat daha hafif. Eylemler çarpışmaları tespit edemez ancak başka bir şeyi tespit edebilir. Aynı zamanda manyetik alandaki hareketten dolayı bozulan bir elektrik sinyali. Bu etki, kuantum mekaniğine izin veren çok hassas bir amplifikatör kullanılarak yüksek hassasiyetle bile ölçülebilir. QSHS ekibi (Gizli Sektör için kuantum Sensörleri) bu nedenle bir kuantum amplifikatörü üzerinde çalışıyor.

Bu sergide insanlara kara maddeyi bulmak için nasıl çalıştıklarını gösterecekler. Bir kutunun içinde bir jiroskop olacak ve bu kutu görünmez bir momentum nedeniyle hareket edecektir. Ayrıca sıvı bir şeyin içinde şeffaf cam bilyeler olacak ve böylelikle görünmeyen kütlelerin nasıl araştırılacağını gösterecekler. Ayrıca bize karanlık madde dedektörünün bir modelini ve siyah madde normal madde gibi davransaydı evrenimizin nasıl olacağını gösterecekler.