Chicago Üniversitesi ve ABD Enerji Bakanlığı’na bağlı Fermilab tarafından geliştiril BREAD (Broadband Reflector Experiment for Axion Detection) adlı deneyin ilk sonuçları açıklandı. BREAD henüz karanlık madde parçacıklarını tespit edememiş olsa da, bu tür parçacıkların sahip olabileceği özelliklere daha sıkı kısıtlamalar getirerek umut vadeden sonuçlar ortaya koydu. Physical Review Letters dergisinde yayınlanan araştırmaya göre BREAD deneyi, henüz karanlık madde parçacıklarını tespit edememiş olsa da karanlık maddeyi keşfetmek için kullanılabilecek yeni ve nispeten ucuz bir yaklaşım sunmuş durumda. Karanlık madde, evrendeki maddenin yaklaşık yüzde 85’ini oluşturan ancak ışıkla etkileşime girmediği için görünmez olan gizemli bir madde olarak kabul ediliyor. Bu görünmezlik, bilim insanlarının karanlık maddenin neyden oluştuğunu belirlemesini zorlaştırıyor.
BREAD deneyi umut vadeden sonuçlar ortaya koyuyor
BREAD, “aksiyon” adı verilen varsayımsal karanlık madde parçacıklarını ve ilişkili “karanlık fotonları” diğer deneylerden daha geniş bir olasılık kümesinde aramak için geniş bantlı bir yaklaşım benimsiyor. Aksiyonların, karanlık fotonlarla etkileşime girebilecek son derece küçük bir kütleye sahip varsayımsal bir parçacık olduğu düşünülüyor.
Chicago Üniversitesi’nden bilim insanı ve projenin eş lideri David Miller, BREAD’i şu şekilde açıklıyor: “Bunu bir radyo gibi düşünürseniz karanlık madde arayışı, kontrol edilecek milyonlarca frekans olması dışında, belirli bir radyo istasyonunu aramak için kadranı çevirmeye benziyor. Bizim yöntemimiz ise birkaç radyo istasyonu yerine 100.000 radyo istasyonunu taramaya benziyor.”
Masa üstüne sığabilen koaksiyel bir çanak anten olarak tasarlanan BREAD, fotonları yakalamayı ve olası aksiyonların bir alt kümesini aramak için onları bir sensöre yönlendirmeyi amaçlıyor.
Yukarıda dediğimiz gibi, karanlık madde evrendeki maddenin yaklaşık %85’ini oluşturmasına ve etkisiyle galaksilerin dönerken birbirlerinden ayrılmalarını engellemesine rağmen, neden oluştuğu konusunda çok az şey bildiğimiz bir olgu. Bu bilinmezliğin nedeni ise karanlık maddenin ışıkla etkileşime girmemesi. Etkileşimin olmaması, karanlık maddenin yıldızlar, gezegenler, uydular ve vücudumuz gibi “normal madde” nesnelerini oluşturan protonlar, nötronlar ve elektronlardan oluşmadığını gösteriyor. Öte yandan karanlık maddeyi doğrudan göremesek de yerçekimi ile girdiği etkileşimlerle galaksileri ve hatta ışığın kendisi üzerinde etkiler oluşturduğunu görebiliyoruz. Kısacası, orada bir şeyin olduğu bilinse de bunun tam olarak ne olduğu ve hangi biçimde olduğu bilinmiyor. Bu bağlamda bilim insanları karanlık maddeyi oluşturabilecek garip özelliklere sahip farklı parçacıkların olabileceğini düşünüyor. Bahsettiğimiz son derece küçük bir kütleye sahip varsayımsal parçacık olan aksiyonlar da bunlardan biri. Eğer aksiyonlar varsa bunlar, tıpkı günlük maddenin “sıradan” fotonlarla etkileşime girmesi gibi, karanlık foton olarak adlandırılan kuramsal fotonlarla etkileşime girebilirler. Bu etkileşim ise tespit edilebilir.
Araştırma ekibi, tam ölçekli BREAD deneyinde ekipmanın güçlü bir manyetik alan içinde yer alacağını ve bunun da aksiyonların fotonlara dönüşme şansını artıracağını söylüyor. Gerçekleştirilen BREAD deneyinde ise ekip, bazı ilginç verilere ulaştı. Bu kavram kanıtlama testinde BREAD, araştırmak için tasarlandığı frekans aralığında yüksek hassasiyet göstermeyi başardı. Test ayrıca deneyin 27 kilometre boyunca uzanan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) gibi devasa parçacık hızlandırıcılarda da yapılabileceğini gösterdi. Ancak ekibin bir sonraki adımı Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki mıknatıs tesisinde tam ölçekli BREAD deneyini gerçekleştirmek.