Avrupa XFEL: Gizemli aksiyonların izinde

Gizemli Axionların izinde

Aksiyonlar, karanlık madde adayı olarak da kabul edilen varsayımsal temel parçacıklardır. Ancak şimdiye kadar tespit edilememişlerdir. Dünyanın en büyük ve en güçlü X-ışını lazeri olan Avrupa XFEL'de, bu gizemli parçacıkları aramak için yeni bir deney geliştirildi.

Avrupa XFEL'in HED/HiBEF deney istasyonunda araştırmacılar, parçacık fiziğinin bilinen Standart Modeli'nin ötesindeki fiziğe işaret edecek varsayımsal aksiyonlar arıyorlar. [ Daha büyük resmi görüntüle ]

Avrupa XFEL'deki araştırmacılar, Birleşik Krallık Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi (STFC), Oxford Üniversitesi ve diğer araştırma kurumlarından meslektaşlarıyla birlikte, evrenin karanlık maddesini potansiyel olarak açıklayabilecek varsayımsal bir parçacık arıyorlar. HIBEF kullanıcı konsorsiyumu (Helmholtz Uluslararası Ekstrem Alanlar Işın Hattı) ile birlikte çalışan araştırmacılar, Yüksek Enerji Yoğunluklu Deney İstasyonu'nda (HED) sözde aksiyonları aradılar.

Aksiyonlar, küçük, varsayımsal parçacıklardır. Örneğin, protonlarla birlikte atom çekirdeklerini oluşturan nötronların, çekirdeğin yapı taşları kuark adı verilen daha da küçük yüklü parçacıklardan oluşmasına rağmen, neden bir elektrik dipol momentine sahip olmadığını açıkladıkları düşünülmektedir. Eğer gerçekten tespit edilebilselerdi, bu aynı zamanda Standart Model'in ötesinde yeni bir fiziğin kanıtı olurdu. Dahası, aksiyonlar, evrenin kütlesinin çoğunu oluşturan gizemli madde olan karanlık madde için de bir adaydır.

Araştırmacılar deneylerinde dünyanın en büyük ve en güçlü X-ışını lazerini kullandılar: Hamburg yakınlarındaki Schenefeld'de bulunan Avrupa XFEL. Yoğun X-ışını ışınını ince germanyum kristalleri plakalarından geçirdiler. Bu kristaller içlerinde güçlü bir elektrik alanına sahiptir. Hareket eden parçacıklar için bu, yaklaşık 1000 Tesla'lık son derece güçlü bir manyetik alan gibi görünür. Bu alan, fotonların aksiyonlara dönüşmesini ve tekrar geri dönmesini sağlar. Kristaller arasına yerleştirilen titanyum folyo, fotonlar için bir bariyer görevi görerek yalnızca hedeflenen aksiyonların geçmesine izin verir. Bunlar daha sonra kristalin diğer tarafında tekrar fotonlara dönüştüklerinde tespit edilirler.

Araştırmacılar, fizibilite çalışmalarında, kurulumlarının aksiyonlara duyarlılık açısından parçacık hızlandırıcı deneyleriyle rekabet edebileceğini gösterdi. Bu, mili-kiloelektronvolt kütle aralığındaki aksiyonları ölçebilecek deneylerin önünü açıyor. Araştırmacılar, kuantum kromodinamiği tarafından öngörülen aksiyonları tespit etmek için duyarlılığı birkaç yüz kat artırmayı hedefliyor.

Avrupa XFEL, Hamburg metropol bölgesinde bulunan dünya standartlarında uluslararası bir araştırma tesisidir: Saniyede 27.000 X-ışını lazer parlaması ve en iyi geleneksel X-ışını kaynaklarından milyarlarca kat daha yüksek bir parlaklık, yeni araştırma olanakları sunmaktadır. Dünyanın dört bir yanındaki araştırma grupları, Avrupa X-ışını lazerini kullanarak virüs ve hücrelerin atomik ayrıntılarını çözebilir, nanokozmosun üç boyutlu görüntülerini oluşturabilir, kimyasal reaksiyonları filme alabilir ve gezegenlerin içinde meydana gelenler gibi süreçleri inceleyebilir.

Kâr amacı gütmeyen araştırma kuruluşu, DESY araştırma merkezi ve diğer uluslararası kuruluşlarla yakın bir şekilde çalışmaktadır. 550'den fazla çalışanı bulunmaktadır. Şu anda on iki ülke projeye katılmaktadır: Danimarka, Almanya, Fransa, İtalya, Polonya, Rusya, İsveç, İsviçre, Slovakya, İspanya, Macaristan ve Birleşik Krallık. Almanya, tesis maliyetlerinin %58'ini karşılarken, onu %27 ile Rusya takip etmektedir. Diğer ortak ülkeler ise %1 ila %3 arasında katkıda bulunmaktadır.

Çalışmanın sonuçları Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.