Double Mist: Sıfır sonucun gölgesi fiziği kapsar
Bilmediğimiz bazı şeyler, bilmediğimiz şeyler yapıyor.
Arthur Eddington
Bilim adamları, sporcular gibi, başarı heyecanı karşısında büyülenirler. Tıpkı başarısızlığın neden olduğu acıdan korktukları gibi. Ancak bazen başarısızlıktan bahsetmeye değer. 2016'daki tüm deneysel veriler, fizikçileri bu tür başarısızlıklarla doğrudan yüzleşmeye zorladı ve bir kereden fazla, ancak iki kez.
Karanlık maddeyi bulamama, bilim adamlarının evrenin gizemlerini keşfetmek için yeni yöntemlere ihtiyaç duyabileceğini gösteriyor. (© David Curtis)
Teoriye göre, karanlık madde evrende büyük miktarlarda bulunmalıdır, ancak yine de onları bulmak için tasarlanmış dedektörlerde ve deneylerde görünmeyi reddediyor.
Son birkaç on yıldır, fizikçiler geniş bir alana dağılması gereken yeni atom altı parçacıkları bulmak için çalışıyorlar. Yerçekimi yalnızca ışıklı maddeden geliyorsa, galaksi çok hızlı dönecektir. Orada bir şey olmalı - görünmez, doğrulanmamış bir yerçekimi kaynağı ve yıldızlar ve gazlar gibi parlak olmayan. Aslında, Einstein'ın genel görelilik teorisinin doğru olduğunu varsayarsak, birçok astronomik gözlem yöntemi, evrendeki maddenin% 85'inin karanlık maddeye ait olduğunu göstermektedir.
Bilim adamları, her saniye milyarlarca karanlık madde parçacıklarının vücudumuzdan geçtiğine inanıyor. Elbette vücudumuz bunun farkında olmayacak. Bununla birlikte, bazı karmaşık detektörler, tespit edilen maddede bulunan çekirdeklere çarpan karanlık madde partiküllerinin yaydığı ışığı kaydedebilmelidir.
Ancak bu deneyler sıfır sonuç vermeye devam ediyor. Örneğin, bu yılın Ağustos ayında, dünyanın en hassas karanlık madde dedektörü LUX, herhangi bir şüpheli sinyal bulamadığını duyurdu; Antarktika'daki IceCube, karanlık madde adayları - etkisiz nötrinolar arıyordu ve bu da sıfır sonuç verdi.
Dünyanın en hassas karanlık madde dedektörleri, herhangi bir karanlık madde sinyali bulamadıklarını duyurdu. (© C.H.FAHAM)
Fizikçiler, büyük ölçüde, karanlık maddenin süpersimetri teorisi tarafından öngörülen yeni parçacık olan yeni bir tür parçacıktan oluştuğuna inanmak için başka bir motivasyona sahip oldukları için hâlâ çok araştırıyorlar.
Fizikçilerin süpersimetriye ilgi duymasının nedeni, yorumlama hiyerarşisi sorunu gibi birçok çözülmemiş sorunu çözebilmesidir. Süpersimetri teorisi, fizikçilerin temel kuvvetler ve madde arasındaki simetriyi anlama çabalarından kaynaklandı, tıpkı Einstein'ın görelilik teorisinin temel fikrinin uzay ve zaman simetrisini keşfetmesinden kaynaklandığı gibi.
Süpersimetri teorisinin denklemleri, bilinen parçacıklardan çok daha ağır olan süpersimetrik parçacıkların varlığını öngörmektedir: tüm fermiyonlar, bozonun süpersimetrik bir partnere sahiptir ve tüm bozonlar Fermiyonlar süper simetrik partnerlerdir. Büyük kütleli bir süpersimetrik parçacık, karanlık madde adayı olma özelliğine sahiptir; sıradan maddeyle etkileşimi çok zayıftır, bu nedenle fizikçiler böyle bir parçacığı "büyük zayıf etkileşim" olarak adlandırmıştır. Parçacıklar "(WIMP).
WIMP rüzgarı en kuvvetli Haziran ayında. (© GEOATLAS / GRAPHI-OGRE, T. DUBÉ TARAFINDAN UYARLANMIŞTIR)
Pek çok fizikçiye göre, bu motiflerin birleşimi, tesadüf diye bir şeyin olmadığına inanmamız için bize yeterli neden sağlar. Buna "WIMP mucizesi" denir ve karanlık maddeyi aramanın ana motivasyonudur. Herhangi bir teorik tahminden bağımsız olarak, gökbilimciler büyük olasılıkla bilinmeyen parçacıklardan gelen gizemli bir yerçekimi kaynağını açıkça gözlemlediler. Uzaydaki kütleçekimsel anomaliden bağımsız olarak, teorisyenler yeni büyük parçacıkların evrene saçılacağını tahmin ediyorlar. İkisi birbirini destekliyor, tıpkı Newton'un yerçekimi yasasının birkaç yüzyıl önce güven kazanması gibi, çünkü gezegenin yörüngesini ve yere düşen elmayı başarılı bir şekilde açıkladı.
Pek çok fizikçi, dünyanın en güçlü parçacık çarpıştırıcısının - Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) - WIMP üreteceğine inanıyor. Bununla birlikte, karanlık madde üzerindeki doğrudan tespit deneyi WIMP ile ilgili herhangi bir ipucu bulamadı ve LHC bu yıl WIMP'den herhangi bir sinyal görmedi. Geçen ayın sonunda, LHC'nin CMS ekibi en son deneysel sonuçlarını yayınladı.Süper simetri teorisini destekleyenler için sonuçlar sizi hayal kırıklığına uğratabilir. Çarpıştırıcı şimdiye kadarki en yüksek enerjiye ulaşıp en fazla veriyi elde etse bile, hala yeni bir şey görmedik.
Üst kısım, Standart Modelin temel parçacıklarıdır ve alt kısım, bunların süpersimetrik parçacıklarıdır. Süpersimetrik parçacıklar, benzerlerinden çok daha ağırdır. (© Designua)
Bu, WIMP aramaktan vazgeçmemiz gerektiği anlamına mı geliyor? Hala umut var. LHC deneyleri herhangi bir zamanda süpersimetrik parçacıklar üretebilir; karanlık madde dedektörleri de havada WIMP'yi herhangi bir zamanda yakalayabilir. WIMP arayışı hala bitmedi. Zaman dar olmasına rağmen, bilim adamları hala keşfetmeye devam etme fırsatına sahipler.
Bununla birlikte, sıfır sonuçların tümü, evreni anlama arayışımızda bir çifte krize işaret edebilir. WIMP yoksa, doldurmamız gereken iki büyük boşluk var. Galaksinin hareketini etkileyen başka şeyler olmalı. Fizikçilerin hiyerarşi problemini açıklamalarına yardımcı olmak için süpersimetrinin yerini alabilecek başka teoriler de olmalıdır.
Simetri beni sakinleştiriyor. Simetri eksikliği beni deli ediyor.
--Yves Saint Laurent
Daha derin bir düzeyde, çifte başarısızlık, 20. yüzyıl fiziğini inşa etme yöntemini sorgulamamıza neden oluyor. Belki de doğanın temel tasarımını deşifre etmek için simetri prensibini kullanmak bir darboğaza ulaştı ... Doğanın arkasına gizlenmiş daha derin temel prensipleri keşfetmemiz gerekiyor. Yukarıda bahsedilen motivasyon, titiz bir akıl yürütmeden çok bir fizikçinin arzulu düşünmesi gibi olabilir.
LHC'nin ATLAS deneyi çarpıştı ve bilim adamları süper simetrik parçacıklara dair herhangi bir kanıt bulamadılar. (© ATLAS)
Ne olursa olsun, kaybolmuş hissetmek zorunda değiliz. Bu sıfır sonuç - yeni keşifler yok - bize fiziğin henüz bitmediğini, öğrenmemiz ve keşfetmemiz gereken çok şey olduğunu söylüyor ve aynı zamanda bir sonraki büyük keşfin şu anda hayal edebileceğimizin çok ötesinde olabileceğini ima ediyor. . Belki de bazı çok devrimci fikirler bugünün başarısızlığının ardında gizlidir. Ama belki değil. Örneğin, galaksilerin hareketini etkileyen gizemli yerçekimi kaynağı WIMP'ler değil, akson adı verilen başka bir tür daha hafif teorik parçacıklar olabilir. Cevabın ne olduğunu bilmiyoruz.
Bu, yaratıcı bilim adamları için mükemmel bir zamandır. Doğal olarak, cevabı kolayca açıklamada ne kadar isteksiz olursak, merakımızı ve hayal gücümüzü o kadar fazla harekete geçirebiliriz. Tek yapmamız gereken, gerçeğin peşinden gitme yolunda ilerlemeye devam etmek.
Referans kaynağı:
1 T. Siegried. Başarısız olan iki aramanın gölgeleri fiziğin üzerinde duruyor. Bilim Haberleri.
2 E. Conover. Karanlık madde boş çıkıyor. Science News. Cilt 190, 12 Kasım 2016, s.14.
3 E. Conover. Supersymmetrynin LHC bulmacalarında fizikçilerdeki yokluğu. Science News. Cilt 190, 1 Ekim 2016, s. 12.
4 T. Siegfried. Karanlıkta Işık. Science News. Cilt 183, 12 Ocak 2013, s.18.
[5]
Genişletilmiş okuma:
1 G. Bertone ve D. Hooper. A History of Dark Matter. ArXiv: 1605.04909v2, 24 Mayıs 2016.
