Karanlık madde ve karanlık enerji bilim dünyasındaki fenomen konulardan biri. Varlıkları tespit edilmeden kesinleştirilemiyor olsalar da, evrenimizin büyük bölümünü oluşturdukları düşünüyor. Eğer onları çıkarırsak geriye kalan evren -yani incelediklerimiz ve hiç haberimizin olmadığı her şey- yalnızca %4’ü temsil ediyor.
Ancak karanlık maddenin çok az etkileşimli parçacıklar oldukları düşünülmekte ve bu da onları da kolay avlanabilir kılmıyor. Nadiren bir karanlık madde parçacığı detektörlerimizle etkileşime giriyor ve biz de uzun süren bekleyişlerin ardından yakalayabileceğimiz bu tek tük sinyalleri avlamaya çalışıyoruz.
Karanlık madde konusunda çok fazla araştırma var. Özellikle sensör dünyasının bir bölümü gözünü bu konuya dikmiş durumda. Bunun haricinde düzenli olarak dünyanın çeşitli bölgelerinden farklı yöntem önerileri ve farklı araştırmalar da çıkıyor.
Bunladan bir tanesi de Albany Üniversitesi’nde Yardımcı Doçent olan Matthew M. Szydagis’e ait.
Youtube’da insanların şişe içinde süper soğutulmuş suyu tetikleyerek dondurdukları videoları izlediğinde -özellikle de benzer bir şeyi Disney’in Frozen animasyon filminde gördükten sonra- Mathew’un kafasında bir şeyler canlanmaya başladı.
2019 Nisan ayında Denver’da gerçekleştirilen Amerikan Fizik Cemiyeti toplantısında Szydagis, böyle bir yöntemin karanlık madde gibi bir atom altı parçacığın aşırı soğutulmuş bir suyun donmasını tetikleyip tetikleyemeyeceğini keşfetmesine nasıl ilham verdiğini anlattı.
Szydagis aynı zamanda karanlık maddelerle ilgili de oldukça ümitli konuştu:
“Çalışmalarımın tümü karanlık madde arayışıyla motive oluyor. Ortada varlığından emin olduğumuz bir madde var ve bunu çekim kuvveti etkilerinden dolaylı olarak görebiliyoruz. Evrenin önemli bir bölümünü oluşturuyor, ancak henüz laboratuvar ortamında doğrudan, kesin ve net kanıtları ortaya çıkarabilecek durumda değiliz.”
Su yeterince temizse -yani içindeki toz ve yabancı molekül gibi safsızlıkların oranı yeteri kadar düşükse- ve bu temiz su yine yeterli oranda temiz bi kaba yerleştirilirse, faz değişimi olmadan donma noktasının altına (0 C) kadar soğutulabilir. Buna süper soğutma (Supercooling) denir ve mikrodalga fırında suyun nasıl kaynama sıcaklığına erişmeden kolayca ısıtılabildiğine benzer bir şekilde burada da durum tam tersidir.
Bu durumdaki suya “kararsız” diyoruz. Ne stabil ne düzensiz…
İşte bu dağınık, karışık durum içerisindeyken bu suyla etkileşime girecek olan bir karanlık madde bir noktada faz geçişi, donma ya da kristalleşme gibi bir durumu tetikleyebilir. Böyle bir durumda pırıl pırıl bir buz beklemek yerine daha çok karlanma gibi bir etki beklemeliyiz.
Ekip laboratuvarlarında sıvı haldeki suyu donmadan -20 C’ye kadar soğutmayı başardı. Bu ultra saf suyun donma noktası saflığı nedeniyle aynı değil, aynı yolları temizlemek için kullanıla tuzlu suyun donma noktasının farklı olması gibi. Ancak burada bu özelliği katmak için suya bir yabancı madde eklemiyoruz. Tam tersi olabildiğince yabancı maddelerden ayırıyoruz.
Grup, bu soğuttukları suya belirli parçacık formlarında ateş ederken, süper soğuk suda; üstüne gelen safsızlıklarla birlikte mikro düzeyde karlanmaların yaşandığını ispatladı.
Szydagis elde ettikleri sonuçlarla ilgili olarak, “Nötronlar gibi bazı parçacıkları su içinde birçok kez yayılabilirler” dedi. “Bunu şimdilik ticari olarak temin edilebilen maddelerle değil, ancak 1950’lerde turunu urayum bazlı boya içeren bir Fiestaware “Radyoaktif Kırmızı” plaka ile gösterebildik” dedi.
Süper soğuk suyun aktif materyal olarak kullanıldığı bir detektör inşa ettiler. İsmini ise “Kartopu” koydular. Bu isim, geçtiğimiz yüz yıl boyunca aktif olarak kullanılan ve benzer yöntemlerle kabarcık ve bulut izleri arayarak parçacık tespit eden “kabarcık” ve “kaynama” odalarındakine benze bir analojiye sahipti.
Süper Soğutulmuş Su
Süper soğutulmuş su yeni bir materyal değil. Kimyagerler ve yoğun madde fizikçileri -40 C’ye kadar soğutulmuş suyla uzun yıllar çalıştılar. Hatta bu konuyla ilgili 100 yıldan bile daha eskiye uzanan yayınlar mevcut. Ancak Szydagis’in dediğine göre “Yeni bir aşırı soğutulmuş su özelliği keşfedilmiş durumda”.
“Yaşadığımız büyük sürprize göre, -nötronlar gibi- bazı parçacıkların donmayı tetiklediğini -gamalar gibi- bazı parçacıklarınsa bu etkiyi göstermediklerini keşfettik.”
Nötronlar ve nötrinolar karanlık madde araştırmacıları için önemli bir yere sahiptir. Bunlar karanlık madde parçacıklarına benzedikleri için bu araştırmalar sırasında tercih edilebilirler. Ancak Szydagis’in çalışması daha önce hiç denenmemiş bir şeye dayanıyordu ve işe yarayacağının garantisi yoktu. Bu da “deneyip görelim” bakış açısı nedeniyle bu çalışmayı tam anlamıyla bir gerçek bilimsel deneme sınıfına sokuyor. Bu durumda nötronlar da karanlık maddeye benzediklerinden nötronlarla elde edilen sonuçların içinde karanlık maddeyle ilgili potansiyel ölçümler de olması muhtemel.
Ekip, araştırmaları sonucunda keşfettikleri etkinin; bulut oluşumunun anlaşılması, bazı memeli türlerinin nasıl kış uykusundayken kanlarının süper soğuk duruma geçtiği ve lojistikte nükleer güvenlik gibi çeşitli alanlarda doğrudan kullanılabileceğini duyurdu. Şüphesiz bu yeni yöntemle sayısız farklı alanda yeni potansiyeller üretmek mümkün.
