Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"Indiana Üniversitesi'nden araştırmacılar ve uluslararası işbirlikçiler tarafından altı yıl boyunca yürütülen Majorana Demonstrator deneyi, özellikle nötrinolarla ilgili temel fizik yasaları hakkında önemli sorulara yanıt aradı. Çalışma, nötrinoların kendi antiparçacıkları olup olamayacağını ve nötrinolsüz çift-beta bozunumunun oluşumunu gözlemlemeyi amaçlıyordu; bu da kesin olarak gözlemlenmemiş olsa da nötrino bozunumu zaman ölçekleri, karanlık madde, kuantum mekaniği hakkında değerli bilgiler sağladı ve kullanılan araştırma tekniklerinin evrenin bileşimini anlamada gelecekteki çalışmalar için ölçeklendirilebileceğini gösterdi."
Hunting the Ghosts of the Universe: Unraveling the Neutrino Enigma
Indiana Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi, uluslararası işbirlikçileriyle birlikte, evrenimizi yöneten temel fizik yasalarını çevreleyen temel gizemleri çözmek için aktif olarak çalışıyor.
Geçtiğimiz altı yıl boyunca Indiana Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi, uluslararası işbirlikçileriyle birlikte evrenimizi yöneten temel fiziksel yasaların gizemlerini çözmek için çalıştı. Majorana Demonstrator olarak bilinen ve evrenin temel yapı taşlarından biri olan nötrinolara ilişkin anlayışımızı önemli ölçüde geliştiren bir deney gerçekleştirdiler.
Deneyin nihai raporu kısa süre önce Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.
Elektronlara benzeyen ancak elektrik yükünden yoksun küçük parçacıklar olan nötrinolar, evrende ışıktan sonra en bol bulunan ikinci parçacıktır. Bu bolluğa rağmen, diğer parçacıklar gibi etkileşime girmedikleri için incelenmeleri zordur.
IU Sanat ve Bilim Fakültesi'nde fizik profesörü olan Walter Pettus, "Nötrinoların evren ve fizik üzerinde akla gelebilecek her ölçekte derin bir etkisi var, parçacık etkileşimi düzeyinde bizi şaşırtıyor ve kozmik ölçeklere kadar geniş bir etkiye sahipler" dedi. "Ama aynı zamanda üzerinde çalışılması en sinir bozucu olanlardır çünkü onlar hakkında çok şey biliyoruz ama yine de çok fazla boşluğumuz var."
Majorana Göstericisi, 24 kurumdan 60 araştırmacının işbirliğiyle, nötrinoların en temel özelliklerini araştırarak bu boşlukların çoğunu aynı anda doldurmak üzere tasarlandı.
Gözlemlemeyi umdukları bir husus, nötrinonun kendi antiparçacığı olup olamayacağıydı - aynı kütlede ancak zıt elektrik yüküne sahip bir atom altı parçacık. Nötrino yüksüz olduğu için evrende kendi karşıt parçacığı olabilecek tek parçacıktır. Bunu anlamak nötrinonun neden kütleye sahip olduğunu anlamamızı sağlayacaktır ki bu da evrenin nasıl oluştuğunu anlamamızda geniş çaplı etkileri olacak bir bilgidir.
Nötrinonun kendi antiparçacığı olup olmadığını belirlemek için araştırmacıların nötrinolsüz çift-beta bozunumu adı verilen nadir bir olayı gözlemlemeleri gerekiyordu. Ancak bu süreç tek bir atomun en az 1026 yılını alıyor - evrenin yaşından çok daha uzun bir süre. Bunun yerine, altı yıl boyunca yaklaşık 1026 atomu gözlemlemeyi seçtiler.
Bu inanılmaz derecede nadir bozunmayı gözlemlemek için araştırmacıların mükemmel bir ortama ihtiyacı vardı. Güney Dakota'nın Black Hills bölgesinde, yerin bir mil altında bulunan Sanford Yeraltı Araştırma Tesisi'nde, dünyadaki en temiz ve en sessiz ortamlardan birini inşa ettiler. Son derece hassas dedektörler yüksek saflıkta germanyumdan yapıldı ve 50 tonluk bir kurşun kalkanın içine yerleştirildi ve benzeri görülmemiş temizlikte malzemelerle çevrelendi. Kullanılan bakır bile laboratuvarlarında yeraltında, ölçülemeyecek kadar düşük safsızlık seviyelerinde yetiştirildi.
Pettus ve IU öğrencilerinden oluşan bir ekip, öncelikle deneyden elde edilen verilerin analizinden sorumluydu. Lisansüstü öğrencisi Nafis Fuad, lisans son sınıf öğrencisi Isaac Baker, ikinci sınıf öğrencisi Abby Kickbush ve Lisans Öğrencileri için Araştırma Deneyimleri Programı öğrencisi Jennifer James projede yer aldı. Deneyin kararlılığını anlamaya, kaydedilen dalga formlarının ayrıntılarını analiz etmeye ve arka planları karakterize etmeye odaklandılar.
Fuad, "Bu çok, çok, çok büyük bir samanlıkta küçük bir iğne aramaya benziyor - mümkün olan tüm hayslardan (diğer bir deyişle arka planlardan) dikkatlice kurtulmanız gerekiyor ve orada gerçekten bir iğne olup olmadığını bile bilmiyorsunuz" dedi. "Bu arayışın bir parçası olmak çok heyecan verici."
Araştırmacılar sonuçta umdukları bozunmayı gözlemleyememiş olsalar da, nötrinonun bozunma ölçeğinin, üzerine koydukları sınırdan daha uzun olduğunu keşfettiler ve bunu deneyin bir sonraki aşamasında daha fazla test edecekler. Ayrıca, karanlık maddeden kuantum mekaniğine kadar uzanan ve evrenin daha iyi anlaşılmasına yardımcı olan diğer bilimsel sonuçları da kaydettiler.
Proje sayesinde araştırmacılar, kullandıkları tekniklerin, evrendeki maddenin varlığını açıklamaya yardımcı olabilecek potansiyel olarak oyun değiştirici bir araştırmada çok daha büyük ölçekte kullanılabileceğini kanıtladılar.
Pettus, "Aradığımız bozunmayı göremedik ama peşinde olduğumuz fizik için nereye bakmamız gerektiği konusunda çıtayı yükselttik" dedi. "Adına sadık kalarak, Gösterici, İtalya'daki deneyin bir sonraki aşaması için halihazırda yararlandığımız kritik teknolojileri geliştirdi. Henüz fizik resmimizi kırmamış olabiliriz ama kesinlikle ufuklarımızı zorladık ve başardıklarımızdan dolayı çok heyecanlıyım."
LEGEND-200 adı verilen projenin bir sonraki aşaması İtalya'da veri toplamaya başladı ve önümüzdeki beş yıl boyunca devam etmesi planlanıyor. Araştırmacılar, Majorana Demonstrator'dan çok daha yüksek bir hassasiyetle gerçekleşen bozunmayı gözlemlemeyi hedefliyor. Bunun ötesinde, ABD Enerji Bakanlığı'nın desteği sayesinde, ekip şimdiden LEGEND-1000 adlı bir sonraki deneyi tasarlıyor.
Pettus bu çalışmanın geleceğinden heyecan duyuyor ve hem veri analizi hem de LEGEND-1000 için donanım geliştirme konusunda daha fazla öğrenciyi projeye dahil etmeyi dört gözle bekliyor.
Pettus, "Nötrinonun kendi antiparçacığı olduğunu keşfetsek bile, ayaklarımızın altında toprak ve gökyüzünde yıldızlar olmaya devam edecek ve fizik anlayışımız evrenimizi her zaman yönetmiş ve yönetmeye devam eden fiziksel yasaların gerçekliğini değiştirmeyecek" dedi. "Ancak en temel düzeyde aşağıda ne olduğunu ve evrenin nasıl işlediğini bilmek bize içinde yaşayabileceğimiz daha zengin, daha güzel - ya da muhtemelen daha tuhaf - bir dünya sunuyor ve bu arayış temelde insani."
Majorana Göstericisi, Ulusal Bilim Vakfı'nın desteğiyle ABD Enerji Bakanlığı Nükleer Fizik Ofisi için Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı tarafından yönetilmiştir.
INDIANA ÜNİVERSİTESİ, 8 HAZİRAN 2023, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 23.08.2023, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: "Majorana Demonstrator'ın 76Ge'de Nötrinolsüz Çift-β Bozunumu Araştırmasının Nihai Sonucu", I. J. Arnquist ve diğerleri (Majorana Collaboration), 10 Şubat 2023, Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.062501
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.