Egzotik Bir Analiz Tekniği, Karanlık Madde Bulmacaya Başka Bir Parçayı Yerleştiriyor

Prof Dmitry Budker başkanlığındaki bir ekip, “Kozmik Akson Döndürme Denemesi Deneyi” (veya kısaca “CASPER”) çerçevesinde karanlık madde aramalarına devam etti. CASPEr grubu deneylerini Johannes Gutenberg Üniversitesi Mainz'deki (JGU) ve Helmholtz Institute Mainz'deki (HIM) PRISMA + Mükemmellik Kümesinde gerçekleştirmektedir.

Egzotik Bir Analiz Tekniği, Karanlık Madde Bulmacaya Başka Bir Parçayı Yerleştiriyor
PRISMA + ve HIM bilim adamları, CASPEr araştırma programının Science Advances'teki son bulgularını bildirmektedir.

PRISMA + ve HIM bilim adamları, CASPEr araştırma programının Science Advances'teki son bulgularını bildirmektedir.

Prof Dmitry Budker başkanlığındaki bir ekip, “Kozmik Akson Döndürme Denemesi Deneyi” (veya kısaca “CASPEr”) çerçevesinde karanlık madde aramalarına devam etti. CASPEr grubu deneylerini Johannes Gutenberg Üniversitesi Mainz'deki (JGU) ve Helmholtz Institute Mainz'deki (HIM) PRISMA + Mükemmellik Kümesinde gerçekleştirmektedir. CASPEr, karanlık maddeyi tanımlamak ve analiz etmek için nükleer manyetik rezonans tekniklerini kullanan uluslararası bir araştırma programıdır.

Karanlık maddenin kesin doğası hakkında çok az şey bilinmektedir. Şu anda, en umut verici karanlık madde adaylarından bazıları, eksenler, akson benzeri parçacıklar veya hatta karanlık fotonlar gibi aşırı hafif bosonik partiküllerdir. “Bunlar aynı zamanda belli bir frekansta salınan klasik bir alan olarak kabul edilebilir. Ancak bu frekansa henüz bir rakam koyamıyoruz - ve dolayısıyla parçacıkların kütlesi ”diye açıklıyor Dmitry Budker. “Bu yüzden CASPEr araştırma programında, karanlık maddenin ipuçlarını arayan farklı frekans aralıklarını sistematik olarak araştırıyoruz.”

Bunun için, CASPEr ekibi, her biri belirli bir frekans aralığında ve dolayısıyla belirli bir karanlık madde parçacık kütlesi aralığında hedeflenen çeşitli özel nükleer manyetik rezonans (NMR) teknikleri geliştiriyor. NMR genellikle nükleer spin'lerin belirli bir “rezonans frekansında” salınan manyetik alanlara tepki göstermesine dayanır. Rezonans frekansı, ikinci, genellikle statik bir manyetik alan aracılığıyla ayarlanır. CASPEr araştırma programının temel fikri, karanlık bir madde alanının nükleer dönüşleri aynı şekilde etkileyebileceğidir. Dünya bu alanda ilerledikçe, nükleer spin bir salınımlı manyetik alan deneyimleyecek gibi davranır, böylece karanlık madde kaynaklı NMR spektrumu oluşturur.

Mevcut çalışmada, ilk yazar Antoine Garcon ve meslektaşları daha egzotik bir teknik kullandılar: ZULF (sıfırdan ultralow-field) NMR. Karşılık gelen yazar Dr. John W Blanchard, “ZULF NMR, nükleer spin'lerin dış manyetik alanla birbirlerinden daha güçlü etkileşime girdiği bir rejim sağlıyor” diyor. “Döndürmeleri karanlık maddeye duyarlı hale getirmek için, sadece stabilize edilmesi çok daha kolay olan çok küçük bir dış manyetik alan uygulamak zorundayız.” Ayrıca, ilk kez, araştırmacılar ilk kez 13C formik asit ZULF NMR spektrumlarını incelediler karanlık maddeye bağlı yan bantlara gelince, çoklu ölçümler üzerinde rastgele frekanstaki yan bantları tutarlı bir şekilde ortalamak için yeni bir analiz şeması kullanılır.

Bu özel yan bant analizi biçimi, bilim adamlarının yeni bir frekans aralığında karanlık madde aramalarını sağladı. CASPEr ekibi Science Advances'in en son baskısında rapor ettiği için, yazarların ultralight karanlık maddeyi belirli bir eşiğin üstünde eşleştirmelerle ekarte etmelerine izin veren karanlık madde sinyali tespit edilmedi. Aynı zamanda, bu sonuçlar karanlık madde bulmacasının başka bir parçasını sunar ve bilim insanlarının “komagnetometri” olarak adlandırılan başka bir özel NMR yöntemi kullanarak daha düşük frekansları araştırdığı Haziran ayında bildirilen CASPEr programından önceki sonuçları tamamlar.

Dmitry Budker “Yapboz gibi, karanlık madde araştırmasının kapsamını daha da daraltmak için CASPEr programı içindeki çeşitli parçaları birleştiriyoruz” diyor. John Blanchard ekliyor: “Bu sadece ilk adım. Şu anda denememizin hassasiyetini arttırmak için umut vaat eden bazı değişiklikler uyguluyoruz. ”


Kaynak: “Ultralow-alan nükleer manyetik rezonansından kaynaklanan bosonik karanlık madde üzerindeki kısıtlamalar” Antoine Garcon, John W. Blanchard, Gary P. Merkezleri, Nataniel L. Figueroa, Peter W. Graham, Derek F. Jackson Kimball, Surjeet Rajendran, Alexander O. Sushkov, Yevgeny V. Stadnik, Arne Wickenbrock, Teng Wu ve Dmitry Budker, 25 Ekim 2019, Science Advances.